17.5:

17.5: Standardowa zmiana entropii dla reakcji

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Standard Entropy Change for a Reaction

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Previous Video

17.4: Third Law of Thermodynamics

Next Video

17.6: Gibbs Free Energy

19,520 Views

•

03:00 min

•

September 24, 2020

Entropia jest funkcją stanu, więc standardową zmianę entropii dla reakcji chemicznej (ΔS°_rxn) można obliczyć na podstawie różnicy w entropii standardowej między produktami a reagentami.

gdzie n_{, p} i nr reprezentują współczynniki stechiometryczne w zrównoważonym równaniu odpowiednio produktów i reagentów.

Na przykład ΔS°_rxndla następującej reakcji w temperaturze pokojowej

oblicza się w następujący sposób:

Częściowy wykaz entropii standardowych znajduje się w tabeli.

Substancja	S° (J/mol·K)
C (s, grafitowy)	5.740
C (s, romb)	2.38
CO (g)	197.7
CO₂(g)	213.8
CH₄(g)	186.3
C₂H₄(g)	219.5
C₂H₆(g)	229.5
CH₃OH (l)	126.8
C₂H₅OH (l)	160.7
H₂(g)	130.57
H (g)	114.6
H₂O (g)	188.71
H₂O (l)	69.91
HCI (g)	186.8
H₂S (g)	205.7
O₂(g)	205.03

Oznaczanie ΔS°

Rozważ kondensację wody, w której 1 mol gazowego H₂O zmienia się w 1 mol cieczy H₂O.

Entropia standardowa zmienia się dla reakcji, ΔS°_rxn oblicza się przy użyciu standardowych entropii molowych i współczynników stechiometrycznych.

Wartość ΔS°_rxn jest ujemna, zgodnie z oczekiwaniami dla tego przejścia fazowego (kondensacji).
Jako drugi przykład rozważmy spalanie metanolu,_CH3OH:

Ta sama procedura jest stosowana do obliczania standardowej zmiany entropii reakcji:

Ten tekst jest adaptacją <a href=”https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/16-3-the-second-and-third-laws-of-thermodynamics”>Openstax, Chemia 2e, Rozdział 16.2: Druga i Trzecia Zasada Termodynamiki.

Transcript

Zmiany entalpii związane z reakcją chemiczną można zmierzyć za pomocą kalorymetru, ale zmiany entropii związanej z reakcją nie można zmierzyć bezpośrednio.

Entropia jest funkcją stanu, co oznacza, że zmiana entropii zależy wyłącznie od początkowego i końcowego stanu układu. Tak więc, podobnie jak zmiany entalpii, zmiany entropii mogą pochodzić z obliczonych tabel odniesienia standardowych entropii molowych.

W przypadku reakcji zachodzącej w normalnych warunkach powiązaną zmianę entropii określa się różnicą między sumą standardowych entropii molowych produktów pomnożoną przez ich współczynniki stechiometryczne a sumą standardowych entropii molowych reagentów pomnożoną przez ich współczynniki stechiometryczne.

Rozważ spalanie etylenu w standardowych warunkach, gdzie 1 mol gazowego etylenu reaguje z 3 molami gazowego tlenu, wytwarzając 2 mole gazowego dwutlenku węgla i 2 mole wody.

Standardowa zmiana entropii dla reakcji jest równa sumie 2 razy standardowej entropii gazowego dwutlenku węgla i 2 razy standardowej entropii wody, minus suma standardowej entropii gazu etylenowego i 3 razy standardowa entropia tlenu.

Należy zauważyć, że w przeciwieństwie do standardowych entalpii powstawania pierwiastków, które wynoszą zero, standardowe entropie molowe wszystkich substancji są większe od zera w temperaturze 298 K.

Podstawienie wartości entropii molowych reagentów i produktów z tabeli referencyjnej daje [(2 × 213,8) + (2 × 70,0)] − [(219,5 + 3) × (205,3)]. Entropia netto produktów wynosi 567.6 J/K, a entropia netto reagentów wynosi 835.4 J/K.

Różnica między produktami a reagentami jest równa minus 268 J/K dla standardowej zmiany entropii spalania etylenu. Wartość ujemna wskazuje, że następuje spadek entropii.

Nawet bez obliczenia dokładnej zmiany entropii, spadek entropii można przewidzieć, badając reakcję. Przypomnijmy, że gazy są bardziej nieuporządkowane niż ciecze.

W reagentach jest więcej moli gazu, 4 mole gazu (z 1 molem etylenu i 3 molami tlenu) w porównaniu z produktami (tylko 2 mole gazowego dwutlenku węgla), podczas gdy drugi produkt jest cieczą.

Tak więc w tej reakcji reagenty są bardziej nieuporządkowane niż produkty. Dlatego entropia zmniejsza się wraz z postępem reakcji.