Entropía molar estándar

Contenido de entropía estándar de un mol de una sustancia en un estado estándar

En química , la entropía molar estándar es el contenido de entropía de un mol de sustancia pura en un estado estándar (no temperatura y presión estándar ).

La entropía molar estándar generalmente recibe el símbolo S ° y tiene unidades de julios por mol kelvin (J⋅mol ⁻¹ ⋅K ⁻¹ ). A diferencia de las entalpías de formación estándar , el valor de S ° es absoluto. Es decir, un elemento en su estado estándar tiene un valor definido distinto de cero de S a temperatura ambiente . La entropía de una estructura cristalina pura puede ser 0  J⋅mol ⁻¹ ⋅K ⁻¹ solo a 0  K, de acuerdo con la tercera ley de la termodinámica . Sin embargo, esto supone que el material forma un ' cristal perfecto'sin ningún ^{[ aclarar ]} congelado en entropía ( defectos cristalográficos , dislocaciones ), lo que nunca es completamente cierto porque los cristales siempre crecen a una temperatura finita. Sin embargo, esta entropía residual suele ser bastante insignificante.

Termodinámica

Si un mol de sustancia estuviera a 0  K, luego calentado por su entorno a 298  K, su entropía molar total sería la suma de todas las N contribuciones individuales:

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

En este ejemplo, y es el calor específico a presión constante de la sustancia en el proceso reversible k . El calor específico no es constante durante el experimento porque cambia según la temperatura de la sustancia (que en este caso aumenta a 298 K). Por lo tanto, se requiere una tabla de valores para encontrar la entropía molar total. representa una muy pequeña intercambio de energía de calor a la temperatura T . La entropía molar total es la suma de muchos pequeños cambios en la entropía molar, donde cada pequeño cambio puede considerarse un proceso reversible.${\displaystyle T_{2}=298K}$${\displaystyle C_{p_{k}}}$  ${\displaystyle {\frac {C_{p_{k}}}{T}}}$${\displaystyle {\frac {dQ_{k}}{T}}}$

Química

La entropía molar estándar de un gas en STP incluye contribuciones de: ^[1]

• La capacidad calorífica de un mol del sólido desde 0  K hasta el punto de fusión (incluido el calor absorbido en cualquier cambio entre diferentes estructuras cristalinas ).
• El calor latente de fusión del sólido.
• La capacidad calorífica del líquido desde el punto de fusión hasta el punto de ebullición .
• El calor latente de vaporización del líquido.
• La capacidad calorífica del gas desde el punto de ebullición hasta la temperatura ambiente.

Los cambios en la entropía están asociados con transiciones de fase y reacciones químicas . Las ecuaciones químicas hacen uso de la entropía molar estándar de reactivos y productos para encontrar la entropía estándar de reacción: ^[2]

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

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

${\displaystyle (\Delta S_{total}=\Delta S_{system}+\Delta S_{surroundings})>0}$

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

Ver también

• Entropía
• Calor
• Energía libre de Gibbs
• Energía libre de Helmholtz
• Estado estándar
• Tercera ley de la termodinámica

Referencias

1. Kosanke, K. (2004). "Termodinámica química". Química pirotécnica . Revista de pirotecnia. pag. 29. ISBN 1-889526-15-0.
2. Chang, Raymond; Cruickshank, Brandon (2005). "Entropía, energía libre y equilibrio". Química . Educación superior McGraw-Hill . pag. 765. ISBN 0-07-251264-4.

Enlaces externos

• Tabla de propiedades termodinámicas estándar de sustancias químicas