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17.5:

Alteração da Entropia Padrão para uma Reação

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Chemistry
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Standard Entropy Change for a Reaction

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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.

17.5:

Alteração da Entropia Padrão para uma Reação

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.

Eq1

onde np e nr representam os coeficientes estequiométricos na equação equilibrada dos produtos e reagentes, respectivamente.

Por exemplo, ΔS°rxn para a seguinte reação à temperatura ambiente

Eq2

é calculada da seguinte forma:

Eq3

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.

Eq4

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

Eq5

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

Eq6

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

Eq7

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