Química 2n de Batxillerat, Crèdit 3, Unitat 1

6.- Concepte d'entropia.

Per mesurar l'ordre o desordre molecular d'una substància es defineix el concepte d'entropia (S) una nova funció d'estat. En termes generals l'entropia augmenta quan el sistema es desordena i disminueix quan el sistema s'ordena. Aplicat a una substància, un augment d'entropia significa un augment del desordre molecular i una disminució d'entropia significa un augment de l'ordre molecular.

Aplicat als canvis d'estat:

	El pas de substàncies líquides o gasoses a l'estat sòlid, o des de l'estat gasos a l'estat líquid, comporta un augment de l'ordre molecular i per tant una disminució d'entropia.
	Per un altra part, el pas de l'estat sòlid o líquid al gasos, o des de l'estat sòlid al líquid, comporta una disminució de l'ordre molecular i per tant un augment de l'entropia.

Per determinar l'entropia d'un sistema es defineix l'entropia molar estàndard, S⁰, com l'entropia d'un mol d'aquesta substància a la pressió d'1 atm i a la temperatura absoluta de 298.15 K. Es pren com a referència el zero absolut, 0 K, ja que com afirma el tercer principi de la termodinàmica:

"L'entropia d'una substància cristal·lina pura, amb una ordenació perfecta, és nul·la en el zero absolut."

En qualsevol procés químic podem mesurar la variació de l'entropia si considerem que la transformació es du a terme de manera reversible, partint d'un estat inicial amb entropia S⁰ i arribant a un estat fina amb entropia S. Si el procés intercanvia una quantitat de calor Q amb el seu entorn a temperatura constant T, es pot expressar de la següent manera:

DS = S - S₀ = Q/T 

Les unitats d'aquesta magnitud són J·K^-1. En el cas dels processos irreversibles, si bé és impossible determinar exactament la variació d'entropia, es pot assegurar però que es complirà que:

DS > Q/T 

Conegudes les entropies molars estàndard de reactius i productes en una reacció química, es pot determinar la variació de l'entropia estàndard de la reacció utilitzant la següent expressió:

DS⁰_reacció = S n·S⁰_i

on S⁰_i  són les entropies molars estàndard de reactius i/o productes, i n són els coeficients estequiomètrics de reactius i productes a la reacció química, amb signe positiu per als productes i negatiu per als reactius.

Exemple:

Determina l'increment d'entropia estàndard de la reacció següent a partir de les dades d'entropia que pots trobar a la taula número 5:

Reacció principal

H2(g) + CuO(s)     Cu(s) + H2O(g)

DS0 = ?

Podem resumir tot el procés de càlcul en la següent taula:

on la primera columna fa referència a la substància que participa a la reacció química, la segona fa referència a l'entropia molar estàndard de cada substància i la tercera fa referència al valor del coeficient estequiomètric de cada substància en la reacció química. Per tant ho podem escriure d'aquesta forma:

DS⁰_reacció = 1 mol · 33.3 J·mol·K^-1  + 1 mol · 188.7 J·mol·K^-1  - 1 mol · 43.5 J·mol·K^-1 - 1 mol · 131 J·mol·K^-1 = 47.5 J·mol·K^-1

^{Autor: O. Castell}