エントロピーは、システムの無秩序または予測不可能性の定量化可能な尺度として説明されています。このアイデアは、システム内の熱エネルギーの輸送に関係する熱力学に由来します。物理学者は、あらゆるタイプの「絶対エントロピー」ではなく、特定の熱力学的プロセスで発生するエントロピーの変化を説明することがよくあります。
ここで、np と nr は、それぞれ平衡方程式における生成物と反応物の化学量論係数です。
例を挙げると、ΔS°rxn は室温での反応になります。
エントロピーは自発性に関連しています。つまり、熱力学的プロセスの自発性が高いほど、そのエントロピーまたは無秩序の程度が大きくなります。言い換えれば、エントロピーは、行われた仕事に変換されず、代わりにシステムの無秩序に寄与するエネルギーの割合を表します。エネルギーは労働を遂行する可能性を提供するため、すべてのエネルギーを仕事に利用することはほぼ不可能です。エントロピーはこれの尺度です。
エネルギーは生成も破壊もできず、ある形から別の形に変化することしかできないため、エントロピーを 1 つの場所で記号化することは不可能であり、変化としてしか測定できず、エントロピーの変化を計算する必要があります。 .
環境におけるエントロピー変化の計算
ここまでで、関係するすべての化学物質のエントロピーがわかっている場合に、特定の反応に対する系のエントロピー変化を計算する方法を学びました。周囲のエントロピー変化は、単純な式を使用して計算できます。
ΔH は、反応のエンタルピー変化です。 T は温度です。
エンタルピー変化とエントロピー変化の単位が一致しません。エンタルピー変化の値を指定すると、エネルギー単位は kJ になります。ただし、エントロピーの変化は J のエネルギー単位で測定されます。
つまり、エントロピー変化を計算する場合は、エンタルピー変化量に 1000 を掛けます。
したがって、エンタルピー変化が -92.2 kJ mol-1 の場合、計算に -92200 J mol-1 を入力する必要があります。
温度が摂氏 298 度の場合:
与えられた方程式の現在の負の符号は、負の発熱エンタルピーを変換し、正のエントロピー変化に変化させることができます。さらに、発熱変化は最終的に環境を温め、特定の環境と地域のエントロピーを増加させます.
熱力学とエントロピーの第二法則
熱力学の第 2 法則は、次のように述べることができます:すべての閉じたシステムでは、エントロピーは一定のままか、または増加します。
システムへの熱が増加すると、分子と原子がより速く移動します。閉じたシステムでは、最初の状態に戻るためにどこかからエネルギーを受け取ったり解放したりせずにプロセスを逆にすることは (困難ではありますが) 考えられるかもしれません。システム全体を、それが始まったときよりも「エネルギッシュでなくなる」ようにすることは決してできません。エネルギーの行き場がない。システムとその周囲の総エントロピーは、不可逆的なプロセスで絶えず増加しています。
いくつかの例を次に示します:
例 1 ：水に溶かした硝酸アンモニウム
これは、結晶が壊れて個々のイオンに分裂し、水と一緒にゲル化する時期に無秩序のハイキングがあるという事実にもかかわらず起こる吸熱転移の基本的な例です.
周囲へのエントロピーの変化は、硝酸アンモニウムの溶解によって引き起こされる冷却のために負になりますが、これはシステムのエントロピーの大幅な上昇によって相殺される以上のものになります.したがって、全体的なエントロピーの変化は正であり、シフトは考えられます。この場合、本当に自発的です.
例 2 ：濃エタン酸と結晶性炭酸アンモニウムの相互作用
2CH3COOH + (NH4)2CO3→ 2CH3 COONH4 + H2O + CO2
これは、ガス状二酸化炭素の形成によるエントロピーの増加が周囲のエントロピーの減少を上回るため、可能な別の吸熱遷移です。全体的なエントロピーが上昇するにつれて、反応は実行可能 (かつ自発的) になります。
結論
熱力学でエントロピーについて話すとき、他の特性よりもその振る舞いに注目します。これは、圧力、温度、熱などの他の熱力学的変数に関連しています。システムの平衡状態を決定する際には、他のすべての要素が考慮されます。エントロピーは、システム内で発生する分子運動を表します。その結果、分子機能不全の統計的指標として機能します。
