Entropia

In natura esiste una tendenza dei sistemi a procedere verso uno stato di maggiore disordine o casualità. L’entropia è una misura del grado di casualità o disordine di un sistema. L’entropia è un concetto facile da capire quando si pensa alle situazioni quotidiane. L’entropia di una stanza che è stata recentemente pulita e organizzata è bassa. Con il passare del tempo, probabilmente diventerà più disordinata e quindi la sua entropia aumenterà (vedi figura sotto). La tendenza naturale di un sistema è che la sua entropia aumenti.

Le reazioni chimiche tendono anche a procedere in modo tale da aumentare l’entropia totale del sistema. Come si può dire se una certa reazione mostra un aumento o una diminuzione dell’entropia? Lo stato molecolare dei reagenti e dei prodotti fornisce alcuni indizi. I casi generali qui sotto illustrano l’entropia a livello molecolare.

1. Per una data sostanza, l’entropia dello stato liquido è maggiore di quella dello stato solido. Allo stesso modo, l’entropia del gas è maggiore dell’entropia del liquido. Pertanto, l’entropia aumenta nei processi in cui i reagenti solidi o liquidi formano prodotti gassosi. L’entropia aumenta anche quando i reagenti solidi formano prodotti liquidi.
2. L’entropia aumenta quando una sostanza viene scomposta in più parti. Il processo di dissoluzione aumenta l’entropia perché le particelle del soluto si separano l’una dall’altra quando si forma una soluzione.
3. L’entropia aumenta all’aumentare della temperatura. Un aumento della temperatura significa che le particelle della sostanza hanno una maggiore energia cinetica. Le particelle che si muovono più velocemente hanno più disordine delle particelle che si muovono più lentamente a una temperatura più bassa.
4. L’entropia generalmente aumenta nelle reazioni in cui il numero totale di molecole di prodotto è maggiore del numero totale di molecole reagenti. Un’eccezione a questa regola è quando un gas viene prodotto da reagenti non gassosi.

Gli esempi seguenti serviranno ad illustrare come il cambiamento di entropia in una reazione può essere previsto.

(\ce{Cl_2} \a sinistra( g a destra) \destra) \destra freccia \ce{Cl_2}

L’entropia sta diminuendo perché un gas sta diventando un liquido.

(\ce{CaCO_3} a sinistra( s \destra) \destra \destra \ce{CaO} \a sinistra( s \destra) + \ce{CO_2}

L’entropia aumenta perché viene prodotto un gas e il numero di molecole aumenta.

(\ce{N_2} \a sinistra( g a destra) + 3 \ce{H_2} \2 \ce{NH_3}

L’entropia sta diminuendo perché quattro molecole reagenti totali stanno formando due molecole di prodotto totali. Sono tutti gas.

(\ce{AgNO_3} \a sinistra( aq \destra) + \ce{NaCl} \sinistra( aq \destra) \destraarrow \ce{NaNO_3} \sinistra( aq \destra) + \ce{AgCl}

L’entropia sta diminuendo perché si forma un solido dai reagenti acquosi.

(\ce{H_2} \sinistra( g \destra) + \ce{Cl_2} \a sinistra (g a destra) 2 \ce{HCl}

Il cambiamento di entropia non è noto (ma probabilmente non è zero), perché c’è un numero uguale di molecole su entrambi i lati dell’equazione e tutti sono gas.