Hemos visto que la energía emitida (o absorbida) por una reacción, y monitoreada notando el cambio en la temperatura de los alrededores, puede usarse para determinar la entalpía de una reacción (por ejemplo, usando un calorímetro). Trágicamente, no hay una manera fácil comparable de medir experimentalmente el cambio en la entropía para una reacción. Supongamos que sabemos que la energía está entrando en un sistema (o que sale de él) y, sin embargo, no observamos ningún cambio en la temperatura. ¿Qué está pasando en tal situación? Los cambios en la energía interna, que no están acompañados por un cambio de temperatura, pueden reflejar cambios en la entropía del sistema.
Por ejemplo, considere el agua a 0 ° C a 1 atm de presión
- Esta es la condición de temperatura y presión donde las fases líquida y sólida del agua están en equilibrio (también conocido como el punto de fusión del hielo)
[ ce {H2O (s) rightarrow H2O (l)} label {19.4.1} ]
- A esa temperatura y presión tenemos una situación (por definición) donde tenemos algo de hielo y agua líquida
- Si se introduce una pequeña cantidad de energía en el sistema, el equilibrio se desplazará ligeramente hacia la derecha (es decir, a favor del estado líquido)
- Del mismo modo, si se extrae una pequeña cantidad de energía del sistema, el equilibrio se desplazará hacia la izquierda (más hielo)
Sin embargo, en ambas situaciones anteriores, el cambio de energía no va acompañado de un cambio de temperatura (la temperatura no cambiará hasta que ya no tengamos una condición de equilibrio; es decir, todo el hielo se ha derretido o todo el líquido se ha congelado )
Dado que el término cuantitativo que relaciona la cantidad de energía calorífica versus el aumento de temperatura es la capacidad calorífica, parece que de alguna manera, la información sobre la capacidad calorífica (y cómo cambia con la temperatura) nos permitiría para determinar el cambio de entropía en un sistema. De hecho, los valores para la “entropía molar estándar” de una sustancia tienen unidades de J / mol K, las mismas unidades que para la capacidad calorífica molar.
Entropía molar estándar, S 0
La entropía de una sustancia tiene un valor absoluto de 0 entropía a 0 K.
- Las entropías molares estándar se enumeran para una temperatura de referencia (como 298 K) y una presión de 1 atm (es decir, la entropía de una sustancia pura a 298 K y una presión de 1 atm). Una tabla de entropías molares estándar a 0K sería bastante inútil porque sería 0 para cada sustancia (¡duh!) Los valores de entropía molar estándar se enumeran para una variedad de sustancias en Tabla T2 .
- Al comparar entropías molares estándar para una sustancia que es sólida, líquida o gaseosa a 298 K y 1 presión atm, el gas tendrá más entropía que el líquido, y el líquido tendrá más entropía que el sólido [19459006 ]
- A diferencia de entalpías de formación , las entropías molares estándar de elementos no son 0.
El cambio de entropía en una reacción química viene dado por la suma de las entropías de los productos menos la suma de las entropías de los reactivos. Al igual que con otros cálculos relacionados con ecuaciones balanceadas, los coeficientes de cada componente deben tenerse en cuenta en el cálculo de entropía ( n y m , los términos a continuación están ahí para indicar que el los coeficientes deben tenerse en cuenta):
[ Delta S ^ 0 = sum_n nS ^ 0 (productos) – sum_m mS ^ 0 (reactivos) ]
Para calcular ΔS ° para una reacción química a partir de entropías molares estándar, usamos la regla familiar de “productos menos reactivos”, en la cual la entropía absoluta de cada reactivo y producto se multiplica por su coeficiente estequiométrico en la ecuación química equilibrada. El ejemplo ( PageIndex {2} ) ilustra este procedimiento para la combustión del hidrocarburo isooctano líquido (C 8 H 18 ; 2,2,4-trimetilpentano).