Entropia e entalpia são duas propriedades termodinâmicas de um sistema físico. A entropia é geralmente entendida como o grau de desordem do sistema, enquanto a entalpia se refere à quantidade total de energia que o sistema contém, ou mais especificamente, a energia que ele contém e que pode trocar com o meio ambiente.

Embora sejam conceitos diferentes, ambos estão intimamente relacionados. Neste artigo, veremos como eles estão relacionados, suas diferenças mais importantes e alguns exemplos ilustrativos.

Relação entre entalpia e entropia

A entalpia e a entropia estão relacionadas por meio da temperatura, uma relação que se reflete na seguinte equação:

T ∆S = ∆H

T é a temperatura absoluta , ∆H é a mudança na entalpia e ∆S é a mudança na entropia. Como pode ser deduzido da equação, se a temperatura for mantida constante, um aumento na entalpia causa um aumento na sua entropia e vice-versa.

A termodinâmica das reações químicas é um campo da física que tem como tema central as mudanças de energia e calor que ocorrem em um sistema no qual ocorreu uma reação química. Entropia e entalpia são duas das propriedades termodinâmicas mais importantes.

A entalpia, símbolo H, mede a quantidade total de energia interna no sistema. É medido em termos de mudança como ∆H = ∆E + P∆V, onde E é a energia interna, P é a pressão e V é o volume. No Sistema Internacional a entalpia é medida em Joules (J).

A entropia, símbolo S, mede o grau de organização ou desordem do sistema. No Sistema Internacional é medido em joules por kelvin (J / K) e é calculado em termos de variação como ∆S = ∆Q / T, onde Q é o calor contido no sistema e T é a temperatura.

O que é entalpia?

A entalpia pode ser definida como a energia interna total, a energia que um sistema contém. Em um sistema homogêneo, é igual à energia interna mais a pressão vezes o volume:

H = E + PV

Onde PV seria o trabalho mecânico executado por ou no sistema. Ou seja, a entalpia seria igual à energia interna (que geralmente é chamada de calor) mais o trabalho mecânico.

Mas a entalpia não pode ser medida diretamente, mas pode ser medida à medida que muda quando há uma mudança nas propriedades do sistema:

∆H = ∆E + P∆V

Por esta equação, se a pressão for mantida constante, a mudança na entalpia é igual à mudança na energia interna mais o trabalho realizado.

A entalpia deve ser entendida como uma função de estado cujo valor depende das mudanças entre o estado inicial e o estado final . Por exemplo, em uma reação química, o estado inicial conteria os reagentes e o estado final, os produtos.

O valor de ∆H, a mudança de entalpia em uma reação química, indica se a reação será exotérmica ou endotérmica.

  • Reações exotérmicas : as reações exotérmicas são aquelas que liberam energia térmica ou calor. A energia necessária para que a reação comece e ocorra é menor do que a energia liberada, e a entalpia dos produtos é menor do que a entalpia dos reagentes.
  • Reações endotérmicas : as reações endotérmicas , por outro lado, precisam de mais energia para que a reação ocorra do que a energia que é liberada, ou seja, requerem aporte de energia externa. A entalpia dos produtos é maior do que a entalpia dos reagentes.

Assim, a mudança de entalpia de uma reação pode ser calculada como a soma da entalpia dos produtos menos a soma da entalpia dos reagentes:

∆H = ď nHprodutos – ď mHreactants

E disso segue-se que:

  • Se ∆H <0 a reação é exotérmica
  • Se ∆H> 0 a reação é endotérmica

O que é entropia?

Entropia é uma propriedade termodinâmica que pode ser definida como o número de maneiras pelas quais um sistema termodinâmico em equilíbrio pode ser organizado. Todas essas organizações seriam compatíveis com o estado de equilíbrio. Em uma definição mais técnica, a entropia mede o número de microestados compatíveis com o macroestado de equilíbrio .

O conceito de entropia é frequentemente referido como o grau de caos ou desordem do sistema e também é frequentemente dito que corresponde à quantidade de energia interna que não está disponível para o sistema funcionar.

De acordo com a segunda lei da termodinâmica, qualquer sistema físico tende a aumentar em entropia. A mudança de entropia é definida pela seguinte equação:

∆S = ∫ dQrev / T

T é a temperatura absoluta e dQ é o calor ou energia transferida para o sistema. Essa equação é conhecida como definição macroscópica de entropia.

Ludwig Boltzman estudou a entropia do ponto de vista estatístico com base nas possíveis configurações microscópicas de átomos e moléculas individuais que podem corresponder ao estado macroscópico do sistema. A equação de Boltzman calcula a entropia como o logaritmo natural do número de estados microscópicos possíveis:

S = KB ln W

Onde KB é a constante de Boltzman e W é o número de estados microscópicos possíveis.

No Sistema Internacional, a entropia é medida em J / K (joules por Kelvin).

Em geral, um sólido apresenta menor entropia em comparação com a mesma substância no estado líquido, uma vez que os sólidos apresentam um arranjo molecular mais rígido. Os líquidos também teriam entropia mais baixa em comparação com o estado gasoso. Os gases teriam a entropia mais alta.

A entropia de um sólido é geralmente menor do que a de um gás

Exemplo: derretimento de gelo

Vamos ver como entropia e entalpia estão relacionadas em um processo simples: a fusão da água sólida (gelo) até que se torne um estado líquido:

H2O (s) → H2O (l)

Nesse sistema termodinâmico, o gelo absorve calor, então ∆H teria um valor positivo e a reação seria uma reação endotérmica. A entropia também aumentaria ao passar do estado sólido para o estado líquido mais desordenado, ∆S seria igualmente positivo.

A entalpia e a entropia são diretamente proporcionais , conforme refletido na equação T · ∆S = ∆H, basta saber que a entropia pode ser negativa em sistemas abertos, mas é sempre positiva em sistemas fechados.