Entropia: definição, características e exemplos
A entropia (S) é uma grandeza termodinâmica associada à dispersão de energia num sistema, usualmente tratada como aumento de desordem. Leia nosso blog e entenda mais sobre entropia e como ela está presente na química
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A Entropia (S) é uma grandeza termodinâmica que expressa o grau de desordem de um sistema. Dessa forma, podemos interpretar a desordem como o estado de caos: quanto mais imprevisível é o comportamento do sistema, maior sua entropia.
Em seu quarto, por exemplo, existem vários objetos. Tente pensar de quantas maneiras diferentes esses objetos podem ser dispostos em seu quarto! Dessa forma, quanto maior o quarto, mais lugares diferentes teremos para colocar os objetos. E ao possuir mais objetos, mais podemos alocá-los em lugares diferentes – aumentando o número de combinações [local + objeto] que podemos fazer. E, por fim, quanto maior o número de combinações [local + objeto], maior a entropia do sistema.
Na química, costumamos estudar a entropia dos processos químicos. E se tratando de moléculas, é praticamente impossível prever suas posições e movimentação, pois lidamos com sistemas onde há vários mols de átomos, moléculas e compostos (imagine multiplicar o número de Avogadro várias vezes).
Em um sistema termicamente isolado, a medida da entropia deve sempre aumentar com o tempo, até atingir o seu valor máximo.
NAVEGUE PELOS CONTEÚDOS
A desordem é sempre mais provável
A entropia é uma questão de probabilidade, pois trata dos possíveis estados que um sistema pode assumir.
Por exemplo, a difusão de gases é um processo espontâneo e de alta desordem. Para manter o gás separado, é necessário que exista uma barreira física. Assim, quando a barreira é removida, o gás é espontaneamente difundido por todo o recipiente por todo o volume que ele pode ocupar.
Isso ocorre pelo simples fato de haver mais possibilidades de estados para as moléculas em um volume maior, aumentando assim desordem do sistema, algo que descrevemos como um aumento de entropia.
De maneira contrária, manter um sistema organizado requer energia. Dessa forma, a tendência natural é que tudo esteja desorganizado.
A imagem mostra um objeto constituído de vários fragmentos. Assim, observa-se que a tendência natural é que o objeto se quebre e os fragmentos se separem, aumentando a desordem do sistema.
Sempre que houver a possibilidade de distribuição de energia em um sistema, isso é feito sempre de modo a aumentar a entropia desse sistema.
Entropia das Mudanças de Fase
Podemos avaliar a entropia (S) de um sistema pelo estado físico dos reagentes e produtos envolvidos. Portanto, no caso dos gases ela é maior porque suas moléculas são mais livres para se movimentarem, enquanto a dos sólidos é bem baixa.
Neste caso: S do sólido < S do líquido < S do gás
Nos processos de mudanças de fase, podemos identificar o aumento ou diminuição de entropia:
- H2O (s) -> H2O (l) ΔS > 0, Aumento
- H2O (v) -> H2O (s) ΔS < 0, Diminuição
Entropia das Reações Químicas
Nas reações químicas, podemos avaliar a entropia do sistema através do número de partículas formadas. Portanto, se o número de partículas dos produtos for maior que o número de partículas dos reagentes, significa que a entropia do sistema aumentou.
Depois da reação: 2 partículas (2 NO2)
Nesse caso, ΔS < 0
Veja, então, outros exemplos:
- Na+ (aq) + Cl- (aq) → NaCl (s) ΔS < 0, Diminuição
- 2NH3 (g) → N2 (g) + 3H2 (g) ΔS > 0, Aumento
- NH4Cl (s) → NH3 (g) + 3HCl (g) ΔS > 0, Aumento
- C2H6O (l) + 3 O2(g) → 2 H2O(l) + 3 CO2(g) ΔS > 0, Aumento
- 4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s) ΔS < 0, Diminuição (formação de sólido)
Calculando a variação da entropia
A sua variação é dada por:
ΔS = S(produtos) - S(reagentes)
Outra maneira de avaliar a variação de entropia de reações são através de cálculos. Para isso, é necessário que se conheça a entalpia padrão das substâncias envolvidas na reação. Veja o exemplo abaixo:
CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO 2 (g) + 2 H2O(g)
△S = Sprodutos - Sreagentes
△S = (213,7 + 2*188,8) - (186,3+2*205,1)
Assim, △S = –5.2 J/K.mol
Perceba que apenas com a equação química da reação de combustão do metano não é possível afirmar se △S>0 ou △S<0. Ao fazer o cálculo acima foi possível concluir que nessa reação a entropia do sistema diminui.
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