تغییر آنتروپی در واکنش های شیمیایی: حل مسائل با مثال

در مسائل مربوط به تغییرات آنتروپی، دانستن مثبت یا منفی بودن این تغییرات، ابزاری کارآمد برای بررسی صحت حل مسئله است. در محاسبات ترموشیمیایی، به سادگی ممکن است علامت‌ها اشتباه شوند. این مثال، روش بررسی واکنش‌دهنده‌ها و فرآورده‌ها را برای پیش‌بینی علامت تغییر آنتروپی یک واکنش نشان می‌دهد. با این مهارت، احتمال خطاهای محاسباتی خود را در مسائل مربوط به آنتروپی و ترمودینامیک شیمیایی کاهش دهید و به درک عمیق‌تری از تغییرات آنتروپی در واکنش‌های شیمیایی دست یابید.

مسائل مربوط به آنتروپی

تعیین کنید که تغییر آنتروپی برای واکنش‌های زیر مثبت است یا منفی:

1. (NH4)2Cr2O7(s) → Cr2O3(s) + 4 H2O(l) + CO2(g)
2. 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g)
3. PCl5(s) → PCl3(l) + Cl2(g)

در ادامه، به بررسی این واکنش‌های شیمیایی و تعیین علامت تغییر آنتروپی آن‌ها می‌پردازیم. با تحلیل فاز و تعداد مول‌های واکنش‌دهنده‌ها و فرآورده‌ها، به راحتی می‌توان تغییرات آنتروپی را پیش‌بینی کرد. درک این مفاهیم، کلید حل مسائل ترمودینامیک و آنتروپی است.

راه حل

آنتروپی یک واکنش به احتمالات مکانی هر واکنش‌دهنده اشاره دارد. به عنوان مثال، یک اتم در فاز گاز نسبت به همان اتم در فاز جامد، گزینه‌های مکانی بیشتری دارد. به همین دلیل، گازها آنتروپی بیشتری نسبت به جامدات دارند.

در واکنش‌ها، احتمالات مکانی باید برای همه واکنش‌دهنده‌ها با فرآورده‌های تولید شده مقایسه شود. بنابراین، اگر واکنش فقط شامل گازها باشد، آنتروپی با تعداد کل مول‌ها در هر طرف واکنش ارتباط دارد. کاهش تعداد مول‌ها در طرف فرآورده به معنای آنتروپی کمتر و افزایش تعداد مول‌ها در طرف فرآورده به معنای آنتروپی بیشتر است.

اگر واکنش شامل چند فاز باشد، تولید گاز معمولاً آنتروپی را بسیار بیشتر از هر افزایش در مول‌های مایع یا جامد افزایش می‌دهد.

واکنش A

(NH4)2Cr2O7(s) → Cr2O3(s) + 4 H2O(l) + CO2(g)

طرف واکنش‌دهنده فقط یک مول دارد در حالی که طرف فرآورده شش مول تولید می‌کند. همچنین یک گاز تولید شده است. تغییر در آنتروپی مثبت خواهد بود.

واکنش B

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g)

3 مول در طرف واکنش‌دهنده و فقط 2 مول در طرف فرآورده وجود دارد. تغییر در آنتروپی منفی خواهد بود.

واکنش C

PCl5(s) → PCl3(l) + Cl2(g)

تعداد مول‌ها در طرف فرآورده بیشتر از طرف واکنش‌دهنده است، بنابراین تغییر در آنتروپی مثبت خواهد بود.

خلاصه پاسخ

واکنش‌های A و C تغییرات آنتروپی مثبت خواهند داشت.

واکنش B تغییر آنتروپی منفی خواهد داشت.