Entropie von Stoffen & molare Standardentropie

Die Entropie ist ein Maß für die Unordnung eines Systems und besitzt das Symbolzeichen S. Ihre SI-Einheit ist Joule pro Kelvin ( $J/K$ ).

Sie ist eine fundamentale thermodynamische Zustandsgröße, wie auch Druck und Volumen eines Systems.

In einem abgeschlossenen (isolierten) System nimmt die Entropie stets zu (Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik).

Chemie; Energetik; 11.-12. Klasse Gymnasium; Entropie von Stoffen & molare Standardentropie

Freiwillige Prozesse laufen stets in die Richtung ab, in der die Entropie des Systems und seiner Umgebung insgesamt zunimmt.

- Je höher die Unordnung ist, umso höher ist auch die Entropie.

- Mit steigender Temperatur nimmt die Entropie eines Stoffs zu.

- Erhöht sich der Druck wird die Entropie geringer

Es gilt: Je unterschiedlicher sich die Teilchen im System anordnen können, desto größer ist die Anzahl der Mikrozustände. Je größer die Anzahl der Mikrozustände, desto größer die Entropie.

Weiterhin kannst du mithilfe der Änderung der Entropie abschätzen, ob chemische Reaktionen und andere Prozesse spontan ablaufen können.

Entropie von Stoffen

Molare Standardentropie

Die Molare Standardentropie $S_m^0$ . Ist eine stoffspezifische Größe und ist für viele Stoffe bei Standardbedingungen tabelliert. Theoretisch hat jeder Stoff am absoluten Nullpunkt (0 K = −273,15 °C) eine Entropie von null, dieser kann jedoch nicht erreicht werden.

$\Delta S = \frac{\Delta Q_{rev}}{T}$

$\Delta Q_{rev}$  ist dabei die umgesetzte Wärmemenge und T die absolute Temperatur, bei der der reversible Prozess abläuft.

Hier einige Molaren Standardentropien verschiedener Stoffe:

Stoff	$S_m^0$ ( $J\cdot K^{-1}\cdot mol^{-1}$ )
$O_2(g)$	205
$H_2(g)$	131
$H_2O(l)$	70

Molare Standardreaktionsentropie

Mithilfe der molaren Standardentropien der Stoffe kann die Entropieänderung im Verlauf einer Reaktion für eine konkrete Reaktionsgleichung berechnet werden. Die Berechnung erfolgt wie folgt: Die Reaktionsgleichung einer ablaufenden chemischen Reaktion wird aufgestellt und Edukt/Produkt verdeutlicht. Anschließend werden mithilfe einer Tabelle die Standardentropiewerte (Raumtemperatur und Normaldruck) für die einzelnen Verbindungen herausgesucht und unter die Stoffe geschrieben. Nun berechnet man die Summe der Produkte abzüglich der Summe der Edukte und man erhält die Entropieänderung.

ΔS_m^0= \sum v \cdot S_m^0(Produkte) - \sum v \cdot S_m^0(Edukte)

Beispiel:

$2H_2(g) +O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l)$

$\rightarrow 2\cdot 70 - (2 \cdot 131 + 205) = -327$

An dem negativen Vorzeichen der Standardreaktionsentropie erkennen wir, dass die Unordnung abnimmt, da die Entropie (Unordnung) sinkt, und das System durch die Reaktion an Ordnung gewinnt.

Einfache Indikatoren für die Erhöhung der Entropie bei chemischen Reaktionen sind:
-Größere Teilchenzahl bei den Produkten gegenüber den Edukten
-Bildung von Flüssigkeiten und Gasen aus festen Edukten.

Hinweis:

Die Entropieänderung der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser ist negativ. Trotzdem läuft diese Reaktion freiwillig ab. Die Entropie ist nur eine Komponente, die dabei eine Rolle spielt. Aus der Entropieänderung alleine kannst Du nicht auf die Freiwilligkeit einer chemischen Reaktion schließen.