Back to chapter

17.5:

تغيير الإنتروبيا القياسي للتفاعل

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Standard Entropy Change for a Reaction

Languages

Share

يمكن قياس التغيرات في المحتوى الحراري،التي ترافق تفاعلًا كيميائيًا،بواسطة مسعّر لكن التغير في القصور الحراري المرافق لتفاعل معين،لا يمكن قياسه مباشرة. القصور الحراري دالّة حالة،تعني أن التغير في القصور الحراري يعتمد فقط على الحالة الأولية والنهائية لنظام معين. لذا فإن التغيرات في القصور الحراري،كما التغيرات في المحتوى الحراري يمكن حسابها من جداول المرجعيات الخاصة بالقصور الحراري المولي القياسي.في تفاعل يجري في ظروف معيارية،فإن التغير المرافق في القصور الحراري،يحدده الفرق بين مجموع القصور الحراري القياسي للنواتج مضروبًا في معامِلات تكافؤها ويضاف إلى مجموع القصور الحراري القياسي للمواد المتفاعلة مضروبًا في معاملات تكافؤها. لنتأمل احتراق الإيثيلين في ظروف معيارية،حيث يتفاعل مول واحد من غاز الإيثيلين مع 3 مولات من غاز الأكسجين لإنتاج مولين من غاز ثاني أكسيد الكربون ومولين من الماء. التغير القياسي في القصور الحراري للتفاعل،يساوي حاصل جمع ضعف القصور الحراري القياسي لغاز ثاني أكسيد الكربون وضعف القصور الحراري القياسي للماء،مطروحًا منه مجموع القصور الحراري القياسي لغاز الإيثيلين وثلاثة أضعاف القصور الحراري القياسي للأكسجين.لاحظوا أنه خلافًا للمحتويات الحرارية لتشكيل العناصر،والتي قيمتها صفر،فإن قيم القصور الحراري القياسي لجميع المواد أكبر من صفر عند درجة حرارة 298 كلفن. باستبدال قيم القصور الحراري المولي للمواد المتفاعلة،وللنواتج من جدول المرجعيات،يعطي ضعف العدد 213.8 مضافًا إليه ضعف العدد 70.0،مطروحًا منه 219.5 ومضافًا إليه ثلاثة أضعاف العدد 205.3. القصور الحراري الإجمالي للنواتج يساوي 567.6 جول لكل كلفن،والقصور الحراري الإجمالي للمواد المتفاعلة يساوي 835.4 جول لكل كلفن.الفرق بين النواتج والمواد المتفاعلة يساوي سالب 268 جول لكل كلفن وهي قيمة التغير القياسي في القصور الحراري لاحتراق الإيثيلين. تشير القيمة السالبة إلى انخفاض في القصور الحراري. حتى دون أن نحسب التغير في القصور الحراري بدقة،يمكن التنبؤ بالانخفاض في القصور الحراري باختبار التفاعل.تذكروا أن الغازات في حالة فوضى أكثر من السوائل. عدد مولات الغاز في المواد المتفاعلة أكثر 4 مولات غاز،منها 1 مول إيثيلين و3 مولات أكسجين مقارنة بعدد مولات النواتج 2 مول فقط من غاز ثاني أكسيد الكربون،بينما الناتج الثاني مادة سائلة. بالتالي،فالمواد المتفاعلة في هذا التفاعل،في حالة فوضى أكثر من النواتج.لذلك ينخفض القصور الحراري مع تقدم التفاعل.

17.5:

تغيير الإنتروبيا القياسي للتفاعل

إن الانتروبيا هي إحدى وظائف الحالة، لذا يمكن حساب التغيير القياسي في الانتروبيا لتفاعل كيميائي ΔS°rxn) من الفرق في الانتروبيا القياسية بين المنتجات والمواد المتفاعلة.

Eq1

حيث تمثلnp و nr المعاملات المتكافئة في المعادلة المتوازنة للمنتجات والمواد المتفاعلة على التوالي.

على سبيل المثال، ΔS°rxn للتفاعل التالي في درجة حرارة الغرفة

Eq2

يتم حسابه على النحو التالي:

Eq3

يتم توفير قائمة جزئية للانتروبيا القياسية في الجدول.

مادة  S° (J/mol·K)  
C (s, الجرافيت)5.740
  C (s, الألماس)  2.38
CO (g)197.7
CO2 (g)213.8
CH4 (g)186.3
C2H4 (g)219.5
C2H6 (g)229.5
CH3OH (l)126.8
 C2H5OH (l160.7
H2 (g)130.57
H (g)114.6
H2O (g)188.71
H2O (l)69.91
HCI (g)186.8
H2S (g)205.7
O2 (g)205.03

تحديد ΔS°

ضع في اعتبارك تكثيف الماء، حيث يتغير مول واحد من H2O الغازي إلى مول واحد من السائلH2O.

Eq4

تغيرات الانتروبيا المعيارية للتفاعل، ΔS°rxn يتم حسابها باستخدام الانتروبيا المولية القياسية ومعاملات القياس المتكافئ.

Eq5

قيمة ΔS°rxn سالبة، كما هو متوقع لانتقال المرحلة (التكثيف).
كمثال ثانٍ، ضع في اعتبارك احتراق الميثانول، CH3OH:

Eq6

يتم اتباع نفس الإجراء لحساب  تغيير الانتروبيا القياسي للتفاعل:

Eq7

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Chapter 16.2: The Second and Third Law of Thermodynamics.