O que é entropia?
A entropia pode ser definida como sendo uma medida que determina o grau de desordem de um sistema. Quanto maior for a entropia do sistema, maior será a sua desordem e assim, menor quantidade de energia estará disponível para uso.
Em 1854, o físico Rudolf Julius Emanuel Clausius, relacionou a espontaneidade de uma reação química ao aumento da desordem na reação. Sendo assim, sempre que um processo espontâneo acontecer, também se observará um aumento na entropia do sistema e com isso o sistema estará menos organizado ou então, mais aleatório.
Para que possa entender melhor: pense em um copo de vidro caindo ao chão. Espera-se que esse copo se quebre em pedaços menores, uma vez que, o processo é espontâneo e já se espera que isso aconteça. No entanto, o processo contrário – o copo voltar a ser inteiro – não acontece de maneira espontânea. A quebra do copo aumentou o grau de desordem do sistema e com isso, ocorreu também o aumento da entropia.
Como funciona a entropia?
Considere dois potes contendo bolinhas de duas cores distintas. As bolinhas são do mesmo tipo, mudando apenas a coloração delas. Um dos potes apresenta apenas bolinhas azuis, enquanto o outro apresenta apenas bolinhas roxas.
Em um terceiro recipiente que está vazio, coloca-se primeiro as bolinhas azuis e em seguida, coloca-se as bolinhas roxas. Ao distribuirmos as bolinhas dessa maneira, o pote ficará com as bolinhas azuis ao fundo e as bolinhas roxas por cima. O que acontece é uma distribuição e organização das bolinhas levando em conta uma separação por cor.
Ao agitarmos o recipiente, as bolinhas começarão a se misturar espontaneamente e assim, a separação por cor deixará de existir.
Muito dificilmente, a organização inicial voltará a acontecer naturalmente, sendo necessário fazer manualmente já que o processo de retorno não é espontâneo, ou seja, é necessário realizar trabalho para reorganizar as bolinhas.
Sendo assim, o sistema que estava ordenado passou a ser um sistema desordenado uma vez que a tendência natural do sistema é o aumento da desordem que indica um aumento na entropia. Logo: ΔS > 0, em que S corresponde a entropia. Para que a diminuição da entropia de um sistema aconteça é preciso a realização de trabalho sobre ele.
Como podemos calcular a entropia?
Para calcularmos a entropia, devemos considerar a variação de entropia de um sistema. Matematicamente, ela pode ser feita utilizando-se a seguinte expressão:
ΔS = Sp – Sr
Nessa expressão, temos que ΔS é igual a variação de entropia do sistema, Sp é a entropia dos produtos enquanto Sr é a dos reagentes. Para essas determinações, a unidade de medida utilizada é cal/ K.mol.
Além disso, podemos calcular a entropia de um sistema por meio do estado físico das substâncias participantes. Como no estado gasoso, as moléculas não estão agregadas e estão em uma alta movimentação e desordem, a entropia tende a ser alta, já no estado sólido, as moléculas estão agrupadas e organizadas e por isso apresentam baixa entropia. Logo:
Sgás > Slíquido > Ssólido
Qual a relação entre a entropia e a termoquímica?
O conceito de entropia está presente na 2a Lei da Termodinâmica, uma vez que, ela seria a medida de quantidade de energia térmica que não pode ser revertida em energia mecânica (não pode realizar trabalho) sob uma determinada temperatura.
Ou seja, em um sistema isolado termicamente, a medida da entropia deverá aumentar com o tempo até que se atinja seu valor máximo.
Por meio dessa consideração, podemos compreender também que a entropia define a ordem natural das coisas ou então a “seta do tempo” dos acontecimentos.
Ela pode ser calculada pela razão entre a quantidade de calor transferida em um processo isotérmico pela temperatura do sistema. Assim:
ΔS = ΔQ/ T
ΔS = variação de entropia
ΔQ = quantidade de calor
T = temperatura
Por meio desse cálculo, podemos compreender que caso o sistema receba calor(ΔQ > 0), a entropia irá aumentar. Se o sistema perder calor (ΔQ < 0), ela irá diminuir e se o sistema não realizar trocas de calor, a entropia irá permanecer constante.
Ressalta-se que a 1a Lei da termodinâmica determina que a energia se conserva, ou seja, nos processos a energia não se perde e sim se converte de um tipo em outro constatando que seria impossível a existência de uma máquina térmica com eficiência total.
Qual é a diferença entre entropia e entalpia?
Como mencionado, a entropia mede o grau de desordem ou de aleatoriedade de sistema. A entalpia é a grandeza que informa a quantidade de energia de um sistema.
Desse modo, a variação de entalpia indica o recebimento ou a perda de calor do sistema para sua vizinhança.
No entanto, ambas as grandezas se relacionam com a energia livre de Gibbs que é uma grandeza termodinâmica utilizada para prever a espontaneidade de um processo.
Sendo assim, energia livre de Gibbs é a energia útil do sistema utilizada para realizar trabalho. Essa energia útil é resultante da diferença entre a entalpia e a entropia multiplicada pela temperatura, uma vez que, a previsão da espontaneidade de uma reação é dependente desses fatores: entalpia, entropia e temperatura.
Matematicamente:
ΔG = ΔH – TΔS
A energia livre de Gibbs pode apresentar unidade de grandeza: Joule (J), Quilojoule (KJ), caloria (cal) e quilocaloria (Kcal), em que:
ΔG → corresponde a variação energia livre de Gibbs;
ΔH → variação da entalpia;
T → é a temperatura do sistema;
