Entropía molar estándar

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Contenido entropía estándar de un topo de una sustancia bajo un estado estándar

En química, la entropía molar estándar es el contenido de entropía de un mol de sustancia pura en un estado estándar de presión y cualquier temperatura de interés. Estos se eligen a menudo (pero no necesariamente) para que sean la temperatura y la presión estándar.

La entropía molar estándar a presión = $P^0$ se suele dar el símbolo $S°$ , y tiene unidades de joules per mole per kelvin (J⋅mol⁻¹⋅K⁻¹). A diferencia de los enthalpies estándar de la formación, el valor de $S°$ es absoluto. Es decir, un elemento en su estado estándar tiene un valor definido y no cero de $S$ a temperatura ambiente. La entropía de una estructura cristalina pura puede ser 0J⋅mol⁻¹⋅K⁻¹ sólo a 0K, según la tercera ley de la termodinámica. Sin embargo, esto supone que el material forma un ' cristal perfecto' sin ninguna entropía residual. Esto puede deberse a defectos cristalográficos, dislocaciones y/o incompleto quenchamiento rotacional dentro del sólido, como señaló originalmente Linus Pauling. Estas contribuciones a la entropía siempre están presentes, porque los cristales siempre crecen a una velocidad finita y a temperatura. Sin embargo, la entropía residual es a menudo bastante insignificante y se puede contabilizar cuando ocurre utilizando mecánicos estadísticos.

Termodinámica

Si un topo de una sustancia sólida es un sólido perfectamente ordenado a 0K, entonces si el sólido es calentado por su entorno a 298.15K sin fundir, su entropía molar absoluta sería la suma de una serie de $N$ Cambios de entropía reversibles y escalonados. El límite de esta suma como ${displaystyle Nrightarrow infty }$ se convierte en una integral:

{displaystyle S^{circ }=sum _{k=1}^{N}Delta S_{k}=sum _{k=1}^{N}{frac {dQ_{k}}{T}}rightarrow int _{0}^{T_{2}}{frac {dS}{dT}}dT=int _{0}^{T_{2}}{frac {C_{p_{k}}}{T}}dT}

En este ejemplo, ${displaystyle T_{2}=298.15K}$ y ${displaystyle C_{p_{k}}}$ es la capacidad de calor molar a una presión constante de la sustancia en el proceso reversible $k$ . La capacidad de calor molar no es constante durante el experimento porque cambia dependiendo de la temperatura (aumento) de la sustancia. Por lo tanto, una tabla de valores para ${displaystyle {frac {C_{p_{k}}}{T}}}$ es necesario para encontrar la entropía molar total. La cantidad ${displaystyle {frac {dQ_{k}}{T}}}$ representa la relación de un intercambio muy pequeño de energía térmica a la temperatura $T$ . La entropía molar total es la suma de muchos pequeños cambios en la entropía molar, donde cada pequeño cambio se puede considerar un proceso reversible.

Química

La entropía molar estándar de un gas en STP incluye contribuciones de:

La capacidad de calor de un mole del sólido de 0K al punto de fusión (incluyendo el calor absorbido en cualquier cambio entre diferentes estructuras de cristal).
El calor latente de la fusión del sólido.
La capacidad de calor del líquido desde el punto de fusión hasta el punto de ebullición.
El calor latente de la vaporización del líquido.
La capacidad de calor del gas desde el punto de ebullición a la temperatura ambiente.

Los cambios en la entropía están asociados con transiciones de fase y reacciones químicas. Las ecuaciones químicas utilizan la entropía molar estándar de reactivos y productos para encontrar la entropía estándar de reacción:

{displaystyle {Delta S^{circ }}_{rxn}=S_{products}^{circ }-S_{reactants}^{circ }}

La entropía estándar de reacción ayuda a determinar si la reacción tendrá lugar espontáneamente. De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, una reacción espontánea siempre resulta en un aumento de la entropía total del sistema y su entorno:

0}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">()Δ Δ Stotal=Δ Δ SsSí.stem+Δ Δ Ssurroundings)■0{displaystyle (Delta S_{total}= Delta S_{system}+ Delta S_{surroundings}) 0}0}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/87c216cb03c3cef1662acacc3dbe502db7a7c596" style="vertical-align: -1.005ex; width:41.186ex; height:3.009ex;"/>

La entropía molar no es la misma para todos los gases. En condiciones idénticas, es mayor para un gas más pesado.

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