17.5: Standardowa zmiana entropii dla reakcji

Entropia jest funkcją stanu, zatem standardową zmianę entropii reakcji chemicznej (ΔS°rxn) można obliczyć z różnicy standardowej entropii pomiędzy produktami i reagentami.

gdzie np i nr reprezentują współczynniki stechiometryczne w zrównoważonym równaniu odpowiednio produktów i reagentów.

Na przykład ΔS°rxn dla następującej reakcji w temperaturze pokojowej

oblicza się w następujący sposób:

Częściowa lista standardowych entropii znajduje się w tabeli.

Wyznaczanie ΔS°

Rozważmy kondensację wody, podczas której 1 mol gazowego H2O zamienia się w 1 mol ciekłego H2O.

Standardowe zmiany entropii 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 (kondensacja). Jako drugi przykład rozważmy spalanie metanolu, CH3OH:

Tę samą procedurę stosuje się do obliczenia standardowej zmiany entropii reakcji:

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.