في تصنيف الكيمياء العامة بواسطة

تعريف الانتروبي entropy ؟

ما هو الإنتروبي entropy ؟

شرح شاكل عن موضوع الانتروبي؟


3 إجابة

+1 تصويت
بواسطة
مختارة بواسطة
 
أفضل إجابة

الانتروبي وتلقائية التفاعل

Entropy and Spontaneous Processes

- يهـتـم علـم الثـرمـوديناميك (الديناميكا الحرارية) بدراسة تلقائية العمليات الكيميائية.

التغيرات التلقائية Spontaneous Processes

- تعريف العملية التلقائية: هي تلك العملية (فيزيائية أو كيميائية) التي تحدث تلقائياً دون تأثير من أي عامل خارجي.

 التغيرات الكيميائية التلقائية

- من التغيرات الكيميائية التلقائية تفاعل الصوديوم مع الماء يعتبر تفاعلاً تلقائياً حيث ينتج هيدروكسيد الصوديوم وغاز الهيدروجين.

- ولا يمكن أن يحدث العكس أي يتـفـاعـل هيدروكـسـيـد الصـوديـوم مع الهيدروجين لينتج الصوديوم والماء.

التغيرات الفيزيائية التلقائية

- من التغيرات الفيزيائية التلقائية ما يلي: 

  • انتقال الحرارة من جسم ساخن إلى جسم بارد 

  • تدحرج الكرة من قمة الجبل إلى قاع الوادي 
  • ذوبان السكر في الماء

- من الأمثلة السابقة لنا أن المواد أو الاجسام تسعى للوصول إلى وضع أقل طاقة (أكثر استقرار) أي طاقة النواتج أقل من طاقة المتفاعلات.

-  من هذا المفهوم هل يمكن أن نقول أن أي تفاعل تلقائي يجب أن يكون طارد للحرارة؟ الإجابة بلا ، وذلك لأن هناك بعض التغيرات الفيزيائية أو الكيميائية ماصة للحرارة ( أي يصاحبها زيادة في المحتوى الحراري) ومع ذلك تحدث تلقائياً ، فمثلاً:

(1) تفكك أكسيد الزئبق:

(2) تبخر الماء السائل:

نستنتج مما سبق أن التغير في المحتوى الحراري (الإنثالبي) لا يمكن من خلاله الاستدلال على تلقائية التفاعل لذلك لجا العلماء لخاصية ثرموديناميكية وهي الانتروبي (S).

الانتروبي (S) Entropy

- تعريف الانتروبي: هو مقياس للعشوائية أو عدم الترتيب.

- والمقصود من مفهوم الانتروبي أن المواد مثلاً عندما يحدث لها تغيرات فيزيائية أو كيميائية فإنها تسعى تلقائياً للوصول العشوائية (عدم الانتظام) ، وكلما زادت العشوائيـة (عدم الانتظام) تزداد قيـمـة الانتروبي.

- فمثلاً يتحول الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية تلقائياً وذلك لزيادة العشوائية (من المعلوم أن الطاقة الحركية للغازات اعلى من السوائل).

- نستنتج مما سبق أن العمليات أو التغيرات تحدث تلقائياً إذا صاحبها واحد أو اثنان من التغيرات التالية:

  • تغير نحو إنثالبي أقل.
  • تغير نحو حالة عشوائية (عدم انتظام أكثر) أي زيادة في الانتروبي .

-  ملاحظة: عادة تتجه الأشياء المنتظمة نحو عدم الانتظام ، بينما لا تتجه الأشياء غير المنظمة من تلقاء نفسـهـا نحو الانتظام ، ففي المواد الصلبة تكون الجزيئات منظمـة اكـثـر من المواد السائلة ، والمواد السائلة تكون منظمة أكثر من المواد الغازية.

- وهذا يفسر الكثير من العمليات التي تحدث تلقائياً مع أنه يصاحبه زيادة في الإنثالبي ، فمثلاً:

العمليات التلقائية المصاحبة لزيادة الإنثالبي

(أ) تفكك أكسيد الزئبق يحدث تلقائياً مع أن التفاعل يصاحبه زيادة في الإنثالبي

ويمكن تفسير ذلك بأن جزيئات (l) O2(g) , Hg أكثر عشوائية (أقل انتظاماً) من جزيئات أکسيد الزئبق الصلبة.

(ب) تفكك نترات الأمونيوم في الماء يحدث تلقائياً مع أن الذائبية يصاحبها زيادة في الإنثالبي

ويمكن تفسير ذلك بان ايونات -NH4, NO3 أكثر عشوائية (أقل انتظاماً) من بلورات نترات الأمونيوم الصلبة.

(جـ) تحول الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية تحدث تلقائياً مع أن العملية يصاحبها زيادة في الإنثالبي 

- ويمكن تفسير ذلك بأن الماء في الحالة الغازية أكثر عشوائية (أقل انتظاما ) من الماء في الحالة السائلة.

ملاحظات مهمة عن الانتروبي

ولذلك يمكن أن نخرج بالقاعدة التالية :

(S(s) < S(l) < S(g

S(s) : انتروبي المادة الصلبة

 S(l) : انتروبي المادة السائلة

S(g): انتروبي المادة الغازية

مثال توضيحي : SH₂O(l) = 69.6 kJ & SH₂O(g) = 188.7 kJ

- نستنتج مما سبق أن الاتجاه المفضل للتغيرات الفيزيائية أو الكيميائية هو الاتجاه الذي تزداد فيه درجة العشوائية (عدم الانتظام) (الانتروبي).

- بمعنى ان التغير في الانتروبي الكلي ΔS هو الذي يحدد كون العملية تلقائية أم لا .

الإنتروبي يعتبر دالة حالة

 لأنه يعتمد على حالة النظام النهائية والابتدائية بغض النظر عن الطريقة التي حدث بها التغير. 

- ويمكن توضيح ذلك كما يلي:

ΔSs = Sf - Si

حيث أن:

ΔSs: التغير في الانتروبي للنظام

Sf: انتروبي النظام في الحالة النهائية 

Si: انتروبي النظام في الحالة الابتدائية

- ليس كل تفاعل تلقائي سريع لأن هناك تفاعلات تلقائية وبطيئة في نفس الوقت ، مثل صدأ الحديد.


+1 تصويت
بواسطة

قيم الانتروبي القياسية لبعض المواد

الانتروبي

ملاحظات على الجدول السابق:

- الانتروبي القياسي هو قيم الانتروبي للمواد عند C° 25 و 1atm.

- انتروبي المواد الغازية بصفة عامة أكبر من المواد الصلبة والسائلة.

- انتروبي المواد السائلة عادة تقع في الوسط بين الغازات والمواد الصلبة. 

- انتروبي المواد ذات الجزيئات الكبيرة بصفة عامة أكبر من انتروبي المواد ذات الجزيء الصغيرة.

 حساب التغير في الانتروبي ΔS للتفاعلات الكيميائية

 - يمكن إيجاد التغير في الانتروبي ΔS للتفاعلات الكيميائية باستخدام القانون:

الانتروبي

- وتطبيقات هذا القانون تشبه إلى حد ما التطبيقات الحسابية للانثالبي ΔH. 

-  يمكن من خلال النظر لمعاملة التفاعل الكيميائي (للتغير) التوقع بإمكانية حدود التفاعل تلقائياً من عدمه ، من خلال المعلومات التي يمكن استخلاصها من المعادلة كما يلي:

(أ) الزيادة في العدد الكلي للجزيئات (عدد جزيئات النواتج أعلى من المتفاعلات ) يدل على الزيادة في انتروبي النظام ( ΔS > zero ) عندما تكون حالات المواد  متساوية:

أمثلة:

(ب) عندما تتحول المتفاعلات إلى نواتج من حالة منتظمة إلى حالة أقل انتظام فإن الانتروبي للنظام يزداد (ΔS > zero) ، فمثلاً:

(۱) عندما تذوب المواد الصلبة في الماء مثلاً، فإن الوحدات التالية أقل انتقاماً من مكوناته الأساسية (المذاب والمذيب)

مثال:

(۲) عندما تتحول المادة من حالة جـامـدة إلى سائلة أو غازية ، وكذلك عندما تتحول المادة السائلة إلى حالة غازية:

أمثلة:


0 تصويتات
بواسطة

مسائل محلولة على الأنتروبي

مثال (1): حاول أن تتوقع ما إذا كانت التغيرات التالية يصاحبها زيادة في قيمة الانتروبي (عدم الانتظام) أم لا ، بمعنى هل ΔS أقل من الصفر أم أعلی:

(۱) تجمد الماء السائل

(۲) تبخر الإيثانول

(۳) ذوبان نترات الصوديوم في الماء .

(4) تبريد غاز الأكسجين .

الإجابة:

(1) تجمد الماء أي تحول الماء من السيولة إلى الصلابة وهذا يزيد في انتظام الجزيئات (تقل العشوائية أي يقل الانتروبي) (ΔS < zero) ، أي أن ΔS بالسالب

(2) تبخر الماء أي تحول الماء من السيولة إلى الغازية وهذا يقلل في انتظام الجزيئات (تزداد العشوائية أي يزداد الانتروبي) (ΔS > zero)

(3) ذوبان نترات الصوديوم ، في هذه الحالة الأيونات المتفككة في الماء تصبح حرة الحركة وبذلك تكون أقل انتظاماً نترات الصوديوم الصلبة (ΔS > zero).

(4) الـتـبـريد بـصـفـة عـامـة يقلل من حـركـة الجـزيـئـات وبذلك سـوف تؤدي إلى زيادة انتظام الجزيئات ( تقل العشوائية أي يقل الانتروبي) (ΔS < zero)

(5) النقص في العدد الكلي للجزيئات يؤدي إلى نقص انتظام الجزيئات (تقل العشوائية أي يقل الانتروبي) (ΔS < zero)

(6) تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الـغـازيـة يؤدي إلى نقص انتظام الجـزيئـات ( تزداد العشوائية أي يزداد الانتروبي) (ΔS > zero)

(7) تحـول المادة من الحـالـة الـغـازيـة إلى الصلبة يؤدي إلى زيادة انتظام الجـزيـئـات (تقل العشوائية أي يقل الانتروبي) (ΔS < zero)

مثال (2): رتب الأنظمة التالية حسب الزيادة في عشوائيتها: 

- مول من بخار الماء 

- مول من الماء السائل

 مول من الثلج

الحل :

الثلج ثم الماء السائل ثم بخار الماء .

مثال (3): ما إشارة الانتروبي في العمليات التالية: 

(۱) تكون راسب من AgCl من تفاعل NaCl مع AgNO3

(۲) خلط ورق اللعب.

(۳) بلورة مذاب من محلول

الحل :

(1) سالب

(2) موجب

(3) سالب

مثال (4): جد التغير في الانتروبي °ΔS للتفاعلات التالية:

علماُ بان قيم S بوحدة J / K mol هي كما يلي:

 CO2 213.7, C 5.7, O2 205, NO2 240.2, NO 210.6, N2 191.5, H2 130.5

 NH3 192.6, H2O(1) 70.1, H2O(g) 188.7 , Br2(g) 245.4 ,  Br2(1) 152.2

الحل:

القانون المستخدم:



اسئلة متعلقة


1 إجابة
1 إجابة
سُئل أغسطس 18، 2020 في تصنيف الكيمياء العامة بواسطة مالك
2 إجابة
2 إجابة
1 إجابة
1 إجابة
1 إجابة
1 إجابة
1 إجابة

التصنيفات



...