17.5:

17.5: Alteração da Entropia Padrão para uma Reação

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Standard Entropy Change for a Reaction

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03:00 min

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September 24, 2020

A entropia é uma função de estado, de modo que a alteração da entropia padrão para uma reação química (ΔS°_rxn) pode ser calculada a partir da diferença na entropia padrão entre os produtos e os reagentes.

onde n_p e n_r representam os coeficientes estequiométricos na equação equilibrada dos produtos e reagentes, respectivamente.

Por exemplo, ΔS°_rxnpara a seguinte reação à temperatura ambiente

é calculada da seguinte forma:

Uma lista parcial de entropias padrão é fornecida na tabela.

Substância	S° (J/mol·K)
C (s, grafite)	5,740
C (s, diamante)	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

Determinação da ΔS°

Considere a condensação da água, em que 1 mole de H₂O gasosa muda para 1 mole de H₂O líquida.

A entropia padrão muda para a reação, ΔS°_rxn é calculada utilizando as entropias molares padrão e os coeficientes estequiométricos.

O valor para ΔS°_rxn é negativo, como esperado para esta transição de fase (condensação).
Como segundo exemplo, considere a combustão de metanol, CH₃OH:

O mesmo procedimento é seguido para calcular a alteração da entropia padrão da reação:

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Chapter 16.2: The Second and Third Law of Thermodynamics.

Transcript

As alterações de entalpia associadas a uma reação química podem ser medidas com um calorímetro, mas as alterações de entropia associadas a uma reação não podem ser medidas diretamente. A entropia é uma função de estado, que significa que a alteração na entropia depende unicamente dos estados inicial e final de um sistema. Assim, como as alterações de entalpia, as alterações de entropia podem ser a partir de tabelas de referência calculadas de entropia molar padrão.

Para uma reação que ocorra em condições normais, a alteração de entropia associada é determinada pela diferença entre a soma das entropias do molar padrão dos produtos multiplicados pelos seus coeficientes estequiométricos e a soma das entropias do molar padrão dos reagentes multiplicada pelos seus coeficientes estequiométricos. Consideremos a combustão de etileno em condições normais, onde 1 mol de gás etileno reage com 3 mols de oxigénio gasoso para produzir 2 mols de gás de dióxido de carbono e 2 mols de água. A alteração da entropia padrão para a reação é igual à soma de 2 vezes a entropia padrão do gás de dióxido de carbono e 2 vezes a entropia padrão da água, menos a soma da entropia padrão do gás etileno e 3 vezes a entropia padrão do oxigénio.

Note-se que, ao contrário das entalpias padrão de formação de elementos, que são zero, as entropias molares padrão de todas as substâncias são maiores que zero a 298 kelvin. Substituindo os valores por entropias molares de reagentes e produtos da tabela de referência produz 2 vezes 213, 8 mais 2 vezes 70, 0, menos 219, 5 mais 3 vezes 205, 3. A entropia líquida dos produtos é igual a 567, 6 joules por kelvin, e a entropia líquida dos reagentes é de 835, 4 joules por kelvin.

A diferença entre os os produtos e os reagentes é igual a 268 joules negativos por kelvin para a alteração da entropia padrão da combustão de etileno. O valor negativo indica que há uma diminuição da entropia. Mesmo sem calcular a alteração exata da entropia, a diminuição da entropia pode ser prevista examinando a reação.

Recordemos que os gases são mais desordenados do que os líquidos. Existem mais mols de gás nos reagentes-4 mols de gás, com 1 mol de etileno e 3 mols de oxigénio-comparado com os produtos apenas 2 mols de gás de dióxido de carbono, enquanto o outro produto é um líquido. Assim, nesta reação, os reagentes estão mais desordenados do que os produtos.

Portanto, a entropia diminui à medida que a reação prossegue.