Standard molär entropi

Inom kemi är den standardiserade molära entropin entropiinnehållet i en mol ren substans vid ett standardtillstånd av tryck och vilken temperatur som helst av intresse. Dessa väljs ofta (men inte nödvändigtvis) för att vara standardtemperatur och tryck .

Den standardiserade molära entropin vid tryck = $P^{0}$ ges vanligtvis symbolen $S°$ , och har enheter av joule per mol per kelvin (J⋅mol ⁻¹ ⋅K ⁻¹ ). Till skillnad från standardentalpier för bildning är värdet på $S°$ absolut. Det vill säga, ett element i sitt standardtillstånd har ett bestämt värde som inte är noll på $S$ vid rumstemperatur . Entropin för en ren kristallin struktur kan vara 0 J⋅mol ⁻¹ ⋅K ⁻¹ endast vid 0 K, enligt termodynamikens tredje lag . Detta förutsätter dock att materialet bildar en " perfekt kristall " utan någon kvarvarande entropi . Detta kan bero på kristallografiska defekter , dislokationer och/eller ofullständig rotationssläckning i det fasta ämnet, vilket Linus Pauling ursprungligen påpekade . Dessa bidrag till entropin är alltid närvarande, eftersom kristaller alltid växer med en begränsad hastighet och vid temperatur. Emellertid är den kvarvarande entropin ofta ganska försumbar och kan förklaras när den inträffar med hjälp av statistisk mekanik .

Termodynamik

Om en mol av ett fast ämne är ett perfekt ordnat fast ämne vid 0 K, då om det fasta ämnet värms upp av sin omgivning till 298,15 K utan att smälta, skulle dess absoluta molära entropi vara summan av en serie $N$ stegvisa och reversibla entropiförändringar. Gränsen för denna summa som $N\rightarrow \infty$ blir en integral:

S^{\circ } =\summa _{k=1}^{N}\Delta S_{k}=\summa _{k=1}^{N}{\frac {dQ_{k}}{T}}\högerpil \int _ {0}^{T_{2}}{\frac {dS}{dT}}dT=\int _{0}^{T_{2}}{\frac {C_{p_{k}}}{T} }dT

I detta exempel är $T_{2}=298,15K$ och $C_{p_{k}}$ den molära värmekapaciteten vid ett konstant tryck av ämnet i reversibeln process $k$ . Den molära värmekapaciteten är inte konstant under experimentet eftersom den ändras beroende på ämnets (ökande) temperatur. krävs en värdetabell för ${\displaystyle {\frac {C_{p_{k}}}{T}}} för att hitta den totala molära entropin.$ Kvantiteten ${\frac {dQ_{k}}{T}}$ representerar förhållandet mellan ett mycket litet utbyte av värmeenergi och temperaturen $T$ . Den totala molära entropin är summan av många små förändringar i molär entropi, där varje liten förändring kan betraktas som en reversibel process.

Kemi

Standardmolärentropin för en gas vid STP inkluderar bidrag från:

Värmekapaciteten för en mol av det fasta ämnet från 0 K till smältpunkten (inklusive värme som absorberas vid eventuella förändringar mellan olika kristallstrukturer ) .
Fastämnets latenta smältvärme .
Vätskans värmekapacitet från smältpunkten till kokpunkten .
Vätskans latenta förångningsvärme .
Gasens värmekapacitet från kokpunkten till rumstemperatur.

Förändringar i entropi är förknippade med fasövergångar och kemiska reaktioner . Kemiska ekvationer använder den vanliga molära entropin för reaktanter och produkter för att hitta standardentropin för reaktionen:

{\Delta S^{\circ }}_{rxn}=S_{produkter }^{\circ }-S_{reaktanter}^{\circ }

Reaktionens standardentropi hjälper till att avgöra om reaktionen kommer att ske spontant . Enligt termodynamikens andra lag leder en spontan reaktion alltid till en ökning av systemets totala entropi och dess omgivning:

\displaystyle (\Delta S_{total}=\Delta S_{

Molär entropi är inte densamma för alla gaser. Under identiska förhållanden är den större för en tyngre gas.

Se även

externa länkar

Tabell över termodynamiska standardegenskaper för kemiska ämnen