אנטרופיה. מושג וחישוב האנטרופיה של מערכת

הכמות התרמודינמית הנקראת אנטרופיה, מסומל על ידי האות ס, קשור ל מידת הארגון של מערכת. ככל שהאי-סדר במערכת גדולה יותר, כך האנטרופיה גדולה יותר.

לדוגמה, דמיינו שאנו שמים נתרן כלורי (NaCl) במים. מה שקורה הוא הניתוק היוני שלהם, שחרור יונים למים, כפי שמוצג להלן:

1 NaCl_(ים) → 1 ב⁺_(פה) + 1 Cl^-_(פה)

שימו לב שמול 1 מולקולות מלח מולידה 2 מול של יונים מפורקים. היונים בתמיסה אינם מאורגנים יותר מאשר במוצק, מה שאומר שהאנטרופיה של מערכת זו גדלה.

ה וריאציה של אנטרופיה, ∆S, נמדד לפי:

האנטרופיה והאי-סדר של מערכת קשורים לספונטניות של תהליכים פיזיקליים. אם האנטרופיה והאי-סדר גדלים, זה אומר שהתהליך הוא ספונטני. לדוגמה, קחו בחשבון את נפילת הכוס, זהו תהליך ספונטני, שבו אי-הסדר של המערכת מתגבר. התהליך ההפוך, כלומר, שברי הזכוכית השבורים עולים ומשחזרים את הזכוכית, אינו מתרחש, אינו ספונטני ואינו הפיך.

מקרה נוסף הוא נפילת מים מסכרים, שהיא תהליך ספונטני; במקרה זה אנו יכולים להסיק שהאנטרופיה עולה. עם זאת, המים החוזרים מעצמם לראש הסכר אינם ספונטניים, יהיה צורך בפעולה חיצונית, כגון משאבת מים כדי לבצע זאת. ואם זה היה אפשרי, האנטרופיה הייתה פוחתת.

 לָכֵן, בכל תהליך טבעי האנטרופיה של היקום או המערכת תמיד גדלה.

ניתן למדוד את השונות של האנטרופיה, במערכות איזותרמיות (באותה טמפרטורה) על ידי המשוואה הבאה:

על מה:

מה_{לְהַאִיץ} = אנרגיה באופן הפיך כחום;
 T = טמפרטורה.

מכיוון שהוריאציה באנטרופיה עומדת ביחס ישר לטמפרטורה, יש לנו שבטמפרטורות נמוכות יותר, חוסר הארגון יהיה קטן יותר, ולהיפך

דרך נוספת לחשב את השונות באנטרופיה היא לקשר אותה לחום:

השונות באנטרופיה עומדת ביחס ישר לשוני באנרגיה, ומידתיות זו ניתנת על ידי הטמפרטורה T.

לפי לורד קלווין (ויליאם תומסון, 1824-1907), אי אפשר לבנות מנוע תרמי שבו כל החום מהמקור משמש במלואו בעבודה, כלומר, התשואה שלו לעולם לא תהיה 100%. האנרגיה שמתפזרת בצורת חום הופכת לאנטרופיה, מה שמגביר את האי-סדר במערכת.

 יש לנו אז שהעלייה באנטרופיה חשובה מאוד, כי בלעדיה שום דבר לא היה קורה, היא אחראית להתרחשות התופעות. זה קשור למשמעות המילה "אנטרופיה", שמקורה ביוונית he, שפירושו "ב" ו מעידה, שזה "שינוי".

מאת ג'ניפר פוגאסה
בוגר לימודי כימיה