في هذا الدرس نتعرف على العوامل التي تؤثر على قيمة الانتروبي لأي نظام، وهي تغير الحالة الفيزيائية، وتغير درجة الحرارة، وتغير عدد جزيئات الغاز.
تأثير تغير الحالة الفيزيائية ⏱ 0:46
•في المواد الصلبة، الذرات مقيدة الحركة وتهتز في موضعها، فالانتروبي منخفض.•في السوائل، الجزيئات أكثر حرية وتتحرك عشوائياً لمسافات قصيرة، فالانتروبي أعلى.•في الغازات، الجزيئات متباعدة وتتحرك بحرية وعشوائية أكبر، فتحقق أعلى انتروبي.•مثال: الثلج (صلب) لديه أقل انتروبي، الماء السائل أعلى، وبخار الماء أعلى بكثير.•العكس صحيح: عند التكثيف أو التجمد تقل الانتروبي.•الانتروبي للمحاليل المركزة أقل من المخففة، لأن كثافة الجسيمات تقلل العشوائية.•شحنة الأيون تؤثر: في محلول كلوريد المغنيسيوم، أيونات المغنيسيوم أصغر حجمًا وأكبر شحنة، فترتبط بجزيئات الماء بقوة أكبر، مما يقلل حركتها العشوائية مقارنة بأيونات الصوديوم في محلول كلوريد الصوديوم، لذا انتروبي محلول كلوريد الصوديوم أعلى.تأثير تغير درجة الحرارة والضغط ⏱ 4:15
•زيادة درجة الحرارة تزيد الطاقة الحركية للجسيمات، فتزداد سرعتها وتصادماتها وتباعدها، مما يزيد الانتروبي.•مثال: الانتروبي المولية للجليد = 51.8 جول/كلفن·مول، للماء السائل = 69.9 جول/كلفن·مول، لبخار الماء عند درجة أعلى من الغليان = 188.7 جول/كلفن·مول.•الضغط مثل التركيز: كلما زاد الضغط قل الانتروبي. مثال: غاز النيتروجين عند ضغط 1 atm له انتروبي أقل من عند ضغط 10⁻⁴ atm.الانتروبي المولية القياسية ⏱ 6:29
•الانتروبي المولية القياسية (S°): انتروبي مول واحد من مادة في حالتها القياسية (ضغط 1 atm، درجة حرارة 25 °C أو 298 K، الحالة الفيزيائية الطبيعية)، بوحدة جول/كلفن·مول.•القانون الثالث للديناميكا الحرارية: انتروبي الكريستال عند 0 K تساوي صفر. برفع درجة الحرارة إلى 25 °C تحت 1 atm نحصل على الانتروبي القياسية.•استنتاجات من جدول القيم: - جميع قيم الانتروبي المولية القياسية موجبة.
- الغازات أعلى انتروبي من السوائل والمواد الصلبة.
- السوائل أعلى من المواد الصلبة.
- استثناءات: بسبب قوة الروابط ونوع وعدد الذرات (مثال: كربونات الكالسيوم الصلبة انتروبيها 92.9 جول/كلفن·مول، بينما الزئبق السائل 76.0 جول/كلفن·مول، لأن كربونات الكالسيوم تحتوي على ثلاثة عناصر).
- كلما زادت صلادة المادة قل الانتروبي (الماس أقل انتروبي من الجرافايت).
- كلما زاد عدد الذرات زادت الانتروبي (CO أقل انتروبي من CO₂).
- الروابط بين الجزيئات تؤثر (الأمونيا انتروبيها 192.3، الأكسجين 205.0 جول/كلفن·مول).
تأثير تغير عدد جزيئات الغاز في التفاعلات ⏱ 14:50
•الغازات تمتلك انتروبي مرتفع. في التفاعلات التي تنتج غازات، تزداد انتروبي النظام.•مثال: تفكك كربونات الكالسيوم الصلبة بالحرارة ينتج CaO صلب و CO₂ غاز، فتزداد الانتروبي.•إذا كانت الغازات في المتفاعلات والنواتج، يحكم عدد الجزيئات: - إذا كان عدد مولات الغاز في المتفاعلات أكبر، تقل الانتروبي.
- إذا كان عدد مولات الغاز في النواتج أكبر، تزداد الانتروبي.
•مثال: تفاعل تكوين الأمونيا (N₂ + 3H₂ → 2NH₃): 4 مول غاز متفاعل → 2 مول غاز ناتج، فتقل الانتروبي.•مثال: تفكك N₂O₅ (2N₂O₅ → 4NO₂ + O₂): 2 مول غاز متفاعل → 5 مول غاز ناتج، فتزداد الانتروبي.النقاط الرئيسية
•الانتروبي يزداد عند الانتقال من صلب إلى سائل إلى غاز، ويقل عند العكس.•زيادة درجة الحرارة تزيد الانتروبي، وزيادة الضغط تقلله.•الانتروبي المولية القياسية موجبة، والغازات أعلى من السوائل والمواد الصلبة، مع استثناءات بسبب عدد الذرات ونوعها.•في التفاعلات، زيادة عدد مولات الغاز تزيد الانتروبي، ونقصانها يقلله.•شحنة الأيون وكثافته تؤثر على الانتروبي في المحاليل: الأيونات ذات الشحنة الأكبر والحجم الأصغر تقلل الانتروبي.الخلاصة
هذه العوامل الثلاثة (الحالة الفيزيائية، درجة الحرارة، وعدد جزيئات الغاز) هي المحددات الرئيسية لقيمة الانتروبي لأي نظام.
