Μπορεί να μειωθεί ποτέ η εντροπία;

Η εντροπία είναι μια θερμοδυναμική ιδιότητα που εξηγεί την κατάσταση ενός συστήματος. Ένα θερμοδυναμικό σύστημα είναι ένα μέρος του σύμπαντος υπό παρατήρηση και το υπόλοιπο σύμπαν είναι το περιβάλλον. Η εντροπία ενός συστήματος δεν μπορεί να μετρηθεί άμεσα, αλλά μπορούμε να βρούμε τη διαφορά στην εντροπία της αρχικής και της τελικής κατάστασης ενός συστήματος.

Η εντροπία είναι μια εκτεταμένη ιδιότητα που εξαρτάται από τη μάζα ή την ποσότητα της ύλης που υπάρχει σε ένα σύστημα. Είναι μια συνάρτηση κατάστασης παρόμοια με την Εσωτερική ενέργεια ή την Ελεύθερη ενέργεια. Μια συνάρτηση κατάστασης είναι ένα φυσικό μέγεθος που μπορεί να μετρηθεί γνωρίζοντας τις αρχικές και τελικές τιμές του συστήματος, ανεξάρτητα από τη διαδρομή που ακολουθεί για να φτάσει στην τελική κατάσταση. Η εντροπία είναι το μέτρο της τυχαιότητας των σωματιδίων σε ένα σύστημα.

Συχνά ο όρος εντροπία συγχέεται με την ενέργεια. Αν και σχετίζονται, είναι διαφορετικοί όροι. Το «S» ενός συστήματος είναι το μέτρο της θερμικής ενέργειας του συστήματος ανά μονάδα θερμοκρασίας που δεν χρησιμοποιείται (δεν είναι διαθέσιμο) για την εκτέλεση εργασιών. Αυτό συμβαίνει επειδή η εργασία μπορεί να γίνει μόνο με την διατεταγμένη κίνηση των σωματιδίων, ενώ η εντροπία είναι το μέτρο της διαταραγμένης κίνησης των σωματιδίων. Έτσι, για να βρεθεί η εντροπία ενός συστήματος, μπορεί να υπολογιστεί μόνο η διαφορά στην εντροπία μεταξύ της αρχικής και της τελικής κατάστασης. Το σύμβολο που χρησιμοποιείται για την Εντροπία είναι S και η αλλαγή στην Εντροπία δίνεται ως

Sfinal – S αρχικό =∆S (Δ υποδηλώνει την πεπερασμένη αλλαγή στην ιδιότητα)

Τι είναι η Εντροπία;

Η εντροπία είναι ο υπολογισμός της τυχαιότητας ή της διαταραχής που υπάρχει στα μόρια ή τα σωματίδια του θερμοδυναμικού συστήματος. Η εντροπία στοχεύει κυρίως στην πρόβλεψη της κατεύθυνσης της χημικής αντίδρασης. Εάν το σύστημα είναι πιο διατεταγμένο, πράγμα που σημαίνει ότι τα σωματίδια είναι σωστά διατεταγμένα, η πρόβλεψη της κίνησης ή της συμπεριφοράς των σωματιδίων είναι λίγο εύκολη. Από την άλλη πλευρά, εάν το σύστημα είναι λιγότερο διατεταγμένο, η πρόβλεψη της συμπεριφοράς των σωματιδίων είναι δύσκολη και ως εκ τούτου η εντροπία είναι υψηλή. Η εντροπία μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με διάφορους παράγοντες όπως η φυσική κατάσταση, οι ελκτικές δυνάμεις, η θερμοκρασία, η πίεση, ο όγκος, η μοριακή μάζα, ο αριθμός των γραμμομορίων. Η εντροπία μπορεί να είναι μεταβλητή (υψηλή, χαμηλή ή μηδενική), με βάση τις συνθήκες ή το θερμοδυναμικό σύστημα όπως θερμοκρασία, πίεση, όγκος κ.λπ. 

Εντροπία που επηρεάζει τους παράγοντες

1. Φυσική κατάσταση:Υπάρχουν κυρίως τρεις καταστάσεις ύλης – στερεά, υγρά και αέρια. Τα χαρακτηριστικά των στερεών, των υγρών και των αερίων είναι διαφορετικά. Τα στερεά έχουν σωστή διάταξη σωματιδίων και έχουν σταθερό σχήμα και όγκο και δεν χρειάζονται δοχείο για την αποθήκευση τους. Τα υγρά δεν έχουν σταθερό σχήμα αλλά έχουν σταθερό όγκο. Η διάταξη των σωματιδίων είναι λίγο λιγότερο διατεταγμένη σε υγρά και παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο είναι αποθηκευμένο. Τα αέρια δεν έχουν σταθερό σχήμα ή σταθερό όγκο και τα σωματίδια τους είναι μακριά το ένα από το άλλο. Χρειάζονται ένα σφραγισμένο δοχείο για την αποθήκευση τους. Έτσι, τα στερεά έχουν τη μικρότερη εντροπία, τα υγρά έχουν μέτρια εντροπία και τα αέρια έχουν τη μέγιστη εντροπία.
2. Ελκτικές δυνάμεις:Οι ελκτικές διαμοριακές δυνάμεις επηρεάζουν επίσης την εντροπία. Τα στερεά έχουν λιγότερα κενά μεταξύ των σωματιδίων, επομένως οι ελκτικές δυνάμεις είναι υψηλές. Τα σωματίδια τοποθετούνται σε σταθερή θέση και είναι πιο διατεταγμένα. Αυτή η τάξη μειώνεται από στερεά σε υγρά σε αέρια. Έτσι, η εντροπία μειώνεται με την αύξηση των ελκτικών δυνάμεων.
3. Θερμοκρασία:Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η εντροπία αυξάνεται και με τη μείωση της θερμοκρασίας, η εντροπία μειώνεται. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, τα σωματίδια αποκτούν περισσότερη ενέργεια και κινούνται με μεγάλη ταχύτητα και η τυχαιότητα αυξάνεται. Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, τα σωματίδια έχουν λιγότερη ενέργεια, και ως εκ τούτου, κινούνται με λιγότερη ταχύτητα και είναι πιο διατεταγμένα.
4. Πίεση:Με την αύξηση της πίεσης, τα σωματίδια έρχονται πιο κοντά το ένα στο άλλο, διατάσσονται σε κανονικό σχέδιο και το σύστημα είναι πιο τακτοποιημένο. Αντίθετα, με τη μείωση της πίεσης, τα σωματίδια τείνουν να απομακρύνονται το ένα από το άλλο και είναι λιγότερο διατεταγμένα ή πιο τυχαία. Έτσι, η εντροπία αυξάνεται με τη μείωση της πίεσης και μειώνεται με την αύξηση της πίεσης.
5. Όγκος:Εφόσον η πίεση και ο όγκος είναι αντιστρόφως ανάλογες μεταξύ τους σε μια δεδομένη θερμοκρασία, η σχέση εντροπίας ισχύει και αντίστροφα. Όταν ο όγκος αυξάνεται, τα σωματίδια απομακρύνονται το ένα από το άλλο και είναι πιο τυχαία. Όταν ο όγκος μειώνεται, τα σωματίδια έρχονται πιο κοντά και είναι λιγότερο τυχαία. Έτσι, η εντροπία αυξάνεται με την αύξηση του όγκου και μειώνεται με τη μείωση του όγκου.
6. Μοριακή μάζα:Η εντροπία εξαρτάται άμεσα από τη μοριακή μάζα. Καθώς το μέγεθος των σωματιδίων αυξάνεται, η μοριακή μάζα αυξάνεται και η εντροπία του συστήματος.
7. Ο αριθμός των μορίων:Παρόμοια με τη μοριακή μάζα, η εντροπία αυξάνεται με την αύξηση του αριθμού των μορίων των μορίων. Επομένως, η εντροπία είναι ευθέως ανάλογη με τον αριθμό των moles σε ένα σύστημα.

Συμπέρασμα

Η εντροπία ενός συστήματος μπορεί είτε να αυξηθεί είτε να μειωθεί με την αλλαγή στα φυσικά μεγέθη που ορίζουν ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Η αύξηση της εντροπίας σημαίνει ότι η εντροπία του συστήματος αυξάνεται με την αύξηση της ενέργειας από τα σωματίδια. Με βάση την αύξηση ή τη μείωση της θερμοκρασίας, της πίεσης ή του όγκου, η εντροπία μπορεί να αλλάξει για ένα θερμοδυναμικό σύστημα, αλλά η αλλαγή μπορεί να είναι μόνο σύμφωνα με την αρχική κατάσταση. Μπορεί είτε να αυξηθεί από την αρχική είτε να μειωθεί από την αρχική, αλλά στην πραγματική έννοια, η εντροπία δεν μπορεί να μειωθεί.

Η εντροπία του σύμπαντος παραμένει πάντα σταθερή. Η εντροπία του σύμπαντος είναι πάντα το άθροισμα της εντροπίας του συστήματος και της εντροπίας του περιβάλλοντος.