17.5: Changement d'entropie standard pour une réaction

L'entropie est une fonction d'état, de sorte que la variation d'entropie standard pour une réaction chimique (ΔS°_R) peut être calculée à partir de la différence d'entropie standard entre les produits et les réactifs.

où n_p et n_r représentent respectivement les coefficients stœchiométriques des produits et des réactifs dans l'équation équilibrée.

Par exemple, ΔS°_R pour la réaction suivante à température ambiante

est calculé comme suit :

Une liste partielle des entropies standard est fournie dans le tableau.

Détermination de ΔS°

Considérons la condensation de l'eau, dans laquelle 1 mole de H₂O gazeux se transforme en 1 mole de H₂O liquide.

Les variations d'entropie standard pour la réaction, ΔS°_R sont calculées à l'aide des entropies molaires standard et des coefficients stœchiométriques.

La valeur de ΔS°_R est négative, comme prévu pour cette transition de phase (condensation).
Dans un deuxième exemple, prenons la combustion du méthanol, CH₃OH :

On suit la même procédure pour calculer la variation d'entropie standard de la réaction :

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Chapitre 16.2 : Le deuxième et troisième principe de la thermodynamique.

Les changements d'enthalpie associés à une réaction chimique peuvent être mesurées avec un calorimètre, mais le changement d'entropie associé avec une réaction ne peut pas être mesuré directement. L'entropie est une fonction d'état, qui signifie que le changement d'entropie dépend uniquement sur les états initial et final d'un système. Donc, comme les changements d'enthalpie, les changements d'entropie peuvent provenir des tableaux de référence calculés de l'éntropie molaire standard.

Pour une réaction se produisant dans des conditions standard, le changement d'entropie associé est déterminé par la différence entre la somme des éntropies molaires standard des produits multipliées par leurs coefficients stoechiométriques et la somme des éntropies molaires standard des réactifs multipliées par leurs coefficients stoechiométriques. Considérez la combustion de l'éthylène dans des conditions standard, où 1 mole d'éthylène gazeux réagit avec 3 moles d'oxygène gazeux pour produire 2 moles de dioxyde de carbone gazeux et 2 moles d'eau. Le changement d'entropie standard pour la réaction équivaut à la somme de 2 fois l'entropie standard du dioxyde de carbone gazeux et 2 fois l'entropie standard de l'eau, moins la somme de l'entropie standard de l'éthylène gazeux et 3 fois l'entropie standard de l'oxygène.

Notez que, contrairement aux enthalpies standard de formation d'éléments, qui sont nulles, les entropies molaires standard de toutes les substances sont supérieures à zéro à 298 kelvin. En substituant les valeurs des entropies molaires des réactifs et des produits du tableau de référence on obtient 2 fois 213, 8 plus 2 fois 70, 0, moins 219, 5 plus 3 fois 205, 3. L'entropie nette des produits est égale à 567, 6 joules par kelvin, et l'entropie nette des réactifs est de 835, 4 joules par kelvin.

La différence entre les produits et les réactifs équivaut à moins 268 joules par kelvin pour le changement de l'entropie standard de la combustion de l'éthylène. La valeur négative indique qu'il y a une diminution de l'entropie. Même sans calculer le changement d'entropie exact, la diminution de l'entropie peut être prédite en examinant la réaction.

Rappelez-vous que les gaz sont plus désordonnés que les liquides. Il y a plus de moles de gaz dans les réactifs 4 moles de gaz, avec 1 mole d'éthylène et 3 moles d'oxygène comparé aux produits seulement 2 moles de gaz carbonique, tandis que l'autre produit est un liquide. Ainsi, dans cette réaction, les réactifs sont plus désordonnés que les produits.

Par conséquent, l'entropie diminue au fur et à mesure que la réaction se déroule.