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エントロピー変化の計算

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化学系のエントロピー変化の計算は、その系の自発性、 エンタルピー変化、ギブズ自由エネルギーを決定するために使用されるツールです。これは変化であるため、この計算は、エンタルピーとギブズ自由エネルギーの変化と同様に、正または負の値になる可能性があります。反応が自発的であるためには、次の場合にエントロピーの変化が正であることが不可欠です。

  • エンタルピー変化はどの温度でも負になります。
  • エンタルピー変化は高温では正になります。

エントロピー変化が負の場合、反応は低温でエンタルピー変化が負の場合にのみ自発的になります。

エントロピー変化の計算 化学

エントロピー変動の計算がどのように実行されるかを理解しましょう。


エントロピー変化を計算する式

エントロピー変化 (頭字語 ?S で表される) の計算は、エンタルピー変化の計算(生成物のエンタルピーと反応物のエンタルピーの間の減算) と同様の方法で実行されます。生成物のエントロピー (Sp) と反応物のエントロピー (Sr) の間の減算:

?S = Sp – Sr

エントロピー変動計算の特殊性

  • 反応参加者のエントロピー値は演習によって提供される必要があります。
  • 演習で反応の一部の参加者のエントロピー値を見つけるように要求される場合、エントロピーの変化が提供されます。
  • 反応の参加者のエントロピー値は常に​​正であり、負になることはありません。
  • エントロピーとエントロピー変化に一般的に使用される測定単位は、J/K.mol と cal/K.mol です。
  • 私たちは常に適切にバランスの取れた化学方程式を使用して作業する必要があります。
  • 反応参加者のエントロピー値には、常に方程式内の化学量論係数を乗算する必要があります。


エントロピー変化の計算例

→ 1 番目の例:電気炉内での酸化カルシウムと石炭の化学反応による炭化カルシウムの形成を表す化学方程式を参照してください。

CaO (s) + 3C (s) → CaC 2(s) + CO (g)

次のデータに基づいて、炭化カルシウムの生成過程におけるエントロピー変化の値はいくらですか?

エントロピー変化の計算 化学

この演習では参加者のエントロピー値が提供されたため、次のことを行う必要があります。

  • 最初のステップ:方程式のバランスが適切かどうかを確認します。
  • 第 2 ステップ:各参加者のエントロピー値に化学量論係数を乗算します。

S CaO = 1.40 = 40 J/K.mol

S C = 3.6 = 18 J/K.mol

S CaC2 = 1.70 = 70 J/K.mol

S CO = 1.198 = 198 J/K.mol

  • 第 3 ステップ:石炭のエントロピーに酸化カルシウム (CaO) のエントロピーを加算して、反応物のエントロピーを計算します。

Sr = S caO + S C

シニア = 40 + 18

Sr = 58 J/K.mol

  • 第 4 ステップ:炭酸カルシウム (CaC2) のエントロピーを一酸化炭素 (CO) のエントロピーに加算することにより、生成物のエントロピーを計算します。

Sp = S CaC2 + S CO

Sp = 70 + 198

エントロピー変化の計算 化学

Sp = 268 J/K.mol

  • 第 5 ステップ:見つかったデータを使用してエントロピー変動を計算します。

?S = Sp – Sr

?S = 268 – 58

?S = 210 J/k.mol

2 番目の例:糖グルコース (C 6 H 12 O 6 ) の CO 2と H2 Oへの完全酸化は、人間の生命を維持するために非常に重要な化学プロセスです。この場合、酸化は燃焼反応であるため、発熱プロセスとなります。

1 C 6 H 12 O 6(s) + 6 O 2(g) → 6 CO 2(g) + 6 H 2 O (l)

プロセスのエントロピーの変化が 262 J/K.mol に相当し、一部の物質のエントロピーが次の表に示されていることがわかった場合、プロセス内の酸素ガスのエントロピーの値はいくらですか?

この演習ではエントロピー変化の値と一部の参加者のエントロピーが提供されたため、酸素ガスのエントロピーを決定するには、次のことを行う必要があります。

  • 最初のステップ:方程式のバランスが適切かどうかを確認します。
  • 第 2 ステップ:各参加者のエントロピー値に化学量論係数を乗算します。

S C6H12O6 = 1.212 = 212 J/K.mol

エントロピー変化の計算 化学

S CO2 = 6.214 = 1284 J/K.mol

S H2O = 6.70 = 420 J/K.mol

  • 第 3 ステップ:グルコース (C 6 H 12 O 6 ) のエントロピーを酸素ガスのエントロピーに加算することによって、反応物のエントロピーを計算します。これは持っていませんが、x で表します。

Sr = S C6H12O6 + SO 2

Sr = 212 + x

  • 第 4 ステップ:二酸化炭素 (C 6 H 12 O 6 ) と水 (H 2 O) のエントロピーを加算して生成物のエントロピーを計算します。

Sp = S Co2 + S H2O

Sp = 1284 + 420

Sp = 1704 J/K.mol

  • 第 5 ステップ:見つかったデータと演習によって提供されたエントロピーの変化を使用して、酸素ガスの総エントロピーを計算します。

?S = Sp – Sr

262 = 1704 – (212 + x)

262 = 1704 – 212 – x

エントロピー変化の計算 化学

x = 1704 – 212 – 262

x = 1230 J/キロモル

  • 第 6 ステップ:求めた酸素ガスの全エントロピー値を式の化学量論係数で割ります。

SO 2 = 1230
6

S O2 = 205 J/K.mol