Die Entropie ΔS

Definition: Die Entropie ΔS kann vereinfacht als Mass für die Unordnung eines Systems oder für ein Mass für die Wahrscheinlichkeit eines Zustands betrachtet werden.

Grundlegendes

Wahrscheinlichkeit

Die Entropie gibt Aufschluss darüber, ob die Anordnung der Teilchen bei den Edukten oder bei den Produkten wahrscheinlicher ist. Ist die Entropie gleich 0 ist die Wahrscheinlichkeit gleich gross. Ist die Entropie > 0 so steigt die Entropie und ist somit günstig. Ist die Entropie < 0 verhält es sich entsprechend umgekehrt.

Das heisst: Die Natur strebt nach maximaler Entropie, d.h. maximaler Wahrscheinlichkeit. Das Streben nach maximaler Wahrscheinlichkeit kann nur durch starke Kräfte, d.h. durch das Streben nach minimaler Energie gebrochen werden (siehe unten).

Die Entropie ist stark von der Wärme abhängig. Erhöht man die Temperatur, wird eine Reaktion bei günstiger Entropie noch günstiger, bei ungünstiger Entropie jedoch noch ungünstiger. Diese grosse Abhänigkeit der Entropie von der Temperatur ist an dieser Formel erkennbar: ΔG = ΔH - ΔS*T

Welche Reaktionen laufen spontan ab?

Ausschlaggebend für Spontanität

Entropieveränderung von Wasser bei steigender Temperatur; je grösser die Temperatur, desto grösser die Entropie

Ausschlaggebend für die Spontanität einer Reaktion ist die freie Enthalpie ΔG, die sich aus der Enthalpie ΔH und der Entropie ΔS zusammensetzt. Je negativer ΔH und je positiver ΔS,umso spontaner die Reaktion.

ΔS nimmt zu, wenn...

• ...sich der Aggregatszustand in einen mit grösserer Entropie ändert.

Hierbei gilt, dass Festkörper eine kleine, Flüssigkeiten eine grössere und Gase die grösste Entropie besitzen.

Vergleicht man die Anordung der Teilchen bei Feststofffen und bei Gasen, so bemerkt man, dass sie bei Feststoffen sehr geordnet sind z.B. in einem Gitter. Die Wahrscheinlichkeit aber, dass sie genau so geordnet sind und sich nicht sonst irgendwo befinden, ist sehr klein. Bei Gasen sind die Teilchen zufälliger angeordnet, somit gibt es mehr als eine mögiche Anordung und die Entropie ist grösser.

Weitere Beispiele aus anderen Bereichen

ΔS nimmt zu, wenn...

• ...die Anzahl Teilchen zunimmt, wodurch die Wahrscheinlichkeit wieder steigt. (Ein grosses Molekül --> viele kleine Moleküle)

Diese Tatsache ist so zu erklären: Dass sich z.B. zwei Teilchen an verschiedenen Orten aufhalten, ist viel wahrscheinlicher, als dass sie sich am gleichen Ort befinden und zusammen eine Bindung eingehen.

ΔS nimmt zu, wenn...

• ...Mischvorgänge stattfinden, da es ziemlich unwahrscheinlich ist, dass sich die Teilchen unter einander nicht vermischen und weil durch Vermischung eine grössere Anzahl von Anordnungen entsteht und damit die Entropie steigt. (Der Einfluss des Faktors Mischvorgang ist am geringsten)
  • ...Reinstoffe zu Gemischen reagieren:
    • Bsp: Würfelzucker ist ein Reinstoff, Wasser ist ein Reinstoff. Löst man den Zucker im Wasser auf, entsteht ein Gemisch.
  • ...Elemente zu Verbindungen reagieren:
    • Bsp: N₂(g) + O₂(g) --> 2NO(g)

Berechnung der Entropie ΔS

"Die Summe der Entropien aller Produkte minus die Summe der Entropien aller Edukte ergibt die Änderung der Entropie"

Entscheidend für die Spontanität einer chemischen Reaktion ist also der Unterschied der Wahrscheinlichkeit. Ist der Zustand der Produkte wahrscheinlicher als der Zustand der Edukte, kann die Reaktion spontan ablaufen.

Wichtig: Die Entropie ΔS ist die Beschreibung eines Zustandes, sie beschreibt die Wahrscheinlichkeit in einem System. Sie kann genau berechnet werden, aber um die Spontanität einer chemischen Reaktion zu analysieren genügt oft nur ein abschätzen. Mithilfe der oben genannten Kriterien kann man die Edukte und Produkte miteinander vergleichen und so bestimmen, ob ΔS > 0 oder < 0, und so spontan oder unspontan ist.

Quellen

• Chemieunterlagen von Herr Deuber

Weblinks

• Swisseduc – Unterrichtsserver für Chemie
• wikipedia