Entropia

Entropia
S

In generale, un fenomeno è spontaneamente non invertibile quando il fenomeno inverso non può avvenire in modo spontaneo. Se lanciamo un pallone verso l'alto, esso ricade a terra, compie alcuni rimbalzi e infine si ferma. Nessuno si aspetta che il pallone si rimetta spontaneamente a rimbalzare verso l'alto: questo è un esempio di fenomeno spontaneamente non invertibile.

Entropia ed energia

Consideriamo ora una comunissima trasformazione chimica. Se accendiamo un fiammifero, una volta innescata la combustione, la reazione procede e non può succedere che dai prodotti della reazione possa ricostituirsi spontaneamente il fiammifero: anche in questo caso ci troviamo di fronte a un fenomeno spontaneamente non invertibile.

Entropia ed energia

Per effetto della reazione, una parte dell'energia chimica contenuta nel fiammifero si trasforma, oltre che in energia luminosa, anche in energia termica che si ritrova dispersa nel movimento delle molecole dei prodotti della combustione e del-

le sostanze presenti nell'aria.
Tutti i fenomeni spontaneamente non invertibili determinano un aumento della dispersione dell'energia.
L'entropia (S) è una grandezza estensiva che esprime il grado di dispersione dell'energia in un sistema. La sua unità di misura è il joule al kelvin (J/K).

Entropia ed energia

Allo zero assoluto (0K o -273,15 °C) l'energia interna di una sostanza presenta il massimo «ordine» e quindi il minimo valore di entropia.
II grafico mostra che l'entropia di
una sostanza aumenta sempre al
crescere della temperatura e ciò
accade perché a una temperatura
maggiore corrisponde una maggiore
quantità di energia che può essere
distribuita alle particelle.

Entropia ed energia

Il secondo principio della termodinamica afferma che l'entropia totale dell'universo è in continuo aumento: ΔS_universo>0
Molte trasformazioni della materia danno luogo a uno scambio energetico tra sistema e ambiente e questo, insieme alla variazione di entropia del sistema (ΔS_sist) causa anche una variazione di entropia dell'ambiente (ΔS_amb)
Dato che il sistema è una porzione di universo e che l'ambiente è tutto il resto, possiamo scrivere:
ΔS_universo = ΔS_sist + ΔS_amb

Entropia e termodinamica

Una trasformazione può avvenire spontaneamente se determina un aumento dell'entropia dell'universo: ΔS_sist + ΔS_amb > 0
Pertanto, ΔS_sist e ΔS_amb sono i due fattori da valutare per prevedere se una trasformazione può avvenire oppure no.

• Se i fattori sono favorevoli (ΔS_sist>0 e ΔS_amb>0), la trasformazione può sicuramente avvenire.

• Se i fattori sono sfavorevoli (ΔS_sist<0 e ΔS_amb<0), la trasformazione non può mai avvenire.

• Se un fattore è favorevole e l'altro sfavorevole, la reazione può avvenire solo se il primo prevale sul secondo.

Spontaneità delle trasformazioni

Se poniamo l'acqua nel freezer rendiamo spontanea una trasformazione in cui diminuisce l'entropia del sistema (raffreddamento) ΔS₁<0.
Questa diminuzione è «compensata»
dall'aumento di entropia nella
centrale elettrica ΔS₂>0, dove,
tramite processi spontaneamente
non invertibili (combustione), si

produce l'energia elettrica.
Nel complesso ΔS₂>ΔS₁

Spontaneità delle trasformazioni

L'energia della trasformazione (entalpia ΔH) consente di stabilire la variazione di entropia dell'ambiente cioè il segno di ΔS.
Se viene ceduto calore all'ambiente la sua entropia aumenta, se viene assorbito calore dall'ambiente la sua entropia diminuisce.

Spontaneità delle trasformazioni

Sia nelle reazioni esotermiche sia in quelle endotermiche il segno di ΔS_amb è sempre opposto a quello del ΔH del sistema.
Pertanto la variazione di entropia dell'ambiente può essere facilmente stabilita:

• Nelle reazioni esotermiche (ΔH < 0) il calore liberato viene ceduto all'ambiente e produce un aumento di entropia dell'ambiente: ΔS_amb > 0.

• Nelle reazioni endotermiche (ΔH > 0) è il sistema che acquista calore dall'ambiente che così diminuisce la sua entropia: ΔS_amb < 0.

Spontaneità delle trasformazioni

Multiple Choice

Quale tra questi cambiamenti di stato comporta un aumento dell'entropia?

• liquido → solido

• gassoso → liquido

• gassoso → solido

• liquido → gassoso

Multiple Choice

Qual è la caratteristica comune a tutti i fenomeni spontaneamente non invertibili?

• Una certa quantità di energia risulta più «concentrata»

• L'energia cinetica si trasforma in energia chimica

• L'energia potenziale si trasforma in energia cinetica

• Una certa quantità di energia si «disperde»

• Una certa quantità di energia si consuma e viene perduta

Match

​ ​ Abbina a ciascuna lettera i termini corretti.

• A

• B

• C

• D

• E

Stato solido

Entropia di fusione

Stato liquido

Entropia di vaporizzazione

Stato gassoso

• Stato solido

• Entropia di fusione

• Stato liquido

• Entropia di vaporizzazione

• Stato gassoso

Multiple Choice

In relazione all'entropia, indica l'unica affermazione SBAGLIATA.

• L'entropia è la grandezza che misura il grado di dispersione dell'energia di un sistema.

• L'entropia è una grandezza estensiva e il suo simbolo è S

• A temperatura ambiente l'entropia di qualunque sistema è sempre maggiore di zero

• Se la temperatura di un sistema aumenta, aumenta anche l'entropia

• L'unità di misura dell'entropia è la stessa dell'energia

Multiple Choice

In tutte le trasformazioni della materia l'entropia si conserva

• Vero

• Falso

Multiple Choice

L'entropia è una grandezza che può essere positiva o negativa

• Vero

• Falso

Multiple Choice

L'entropia di una sostanza può aumentare o diminuire

• Vero

• Falso

Multiple Choice

L'entropia di un sistema può aumentare anche a temperatura costante

• Vero

• Falso

Multiple Choice

Nei passaggi di stato endotermici l'entropia diminuisce

• Vero

• Falso