Entalpie vs Entropie: Rozdíl a srovnání

Pro pochopení termodynamiky jsou entalpie a entropie dva základní pojmy, které nikdo nemůže minout. Znalost rozdílu mezi entalpií a entropií nám pomáhá složit naši vědeckou zkoušku a poskytuje racionální vysvětlení mnoha procesů, kterých jsme denně svědky. Termodynamika dokáže vysvětlit vše od změny fází až po přenos energie v jediném stavu.

Key Takeaways

1. Entalpie představuje celkovou energii systému, zatímco entropie měří stupeň neuspořádanosti nebo náhodnosti systému.
2. Pozitivní změna entalpie znamená absorpci tepla, zatímco negativní změna znamená uvolnění tepla; rostoucí entropie naznačuje zvýšenou nepořádek, zatímco klesající entropie naznačuje řád.
3. Entalpie i entropie ovlivňují spontaneitu reakcí, přičemž negativnější změny entalpie a pozitivnější změny entropie činí reakce spontánnějšími.

Entalpie vs Entropie

Rozdíl mezi entalpií a entropií je ten, že entalpie je měření celkové energie systému, která je součtem vnitřní energie a součinem tlaku a objemu. Na druhé straně entropie je množství tepelné energie v systému, které není k dispozici pro její přeměnu na práci. 

Entalpie termodynamického systému je definována jako stavová funkce, která se počítá při konstantním tlaku (velká otevřená atmosféra). Jednotka entalpie je stejná jako energie, tj. J, v jednotce SI, protože je součtem vnitřní energie systému a součinem tlaku a změny objemu. Celková entalpie systému nemůže být měřena přímo. Měříme tedy změnu entalpie systému. 

Jednoduše řečeno, entropie je mírou náhodnosti nebo chaosu v systému. Jde o rozsáhlou vlastnost, to znamená, že hodnota entropie se mění podle množství hmoty v systému. Pokud je systém vysoce uspořádaný (méně chaotický), má nízkou entropii a naopak. Jednotkou entropie v SI je J⋅K^-1.

Srovnávací tabulka

Parametry srovnání	Enthalpy	Entropie
Definice	Entalpie je součet vnitřní energie a součin tlaku a objemu termodynamického systému.	Entropie je množství tepelné energie systému, které není k dispozici pro přeměnu na mechanickou nebo užitečnou práci.
a) Měření dodržování pokynů	Celkovou entalpii systému nelze přímo měřit, proto vypočítáme změnu entalpie.	Měření entropie systému se týká množství nepořádku nebo chaosu přítomného v termodynamickém systému.
Jednotka	Jednotka SI entalpie je stejná jako jednotka energie, takže ji lze měřit v J.	Jednotkou entropie v SI pro jednotkovou hmotnost je J⋅K-1⋅kg-1 a pro entropii na jednotku látkového množství je J⋅K-1⋅mol−1.
Symbol	Entalpie je označena H.	Entropie je označena S.
Historie	Vědec jménem Heike Kamerlingh Onnes vymyslel termín „entalpie“.	Německý fyzik Rudolf Clausius vymyslel termín „entropie“.
Zvýhodněné podmínky	Termodynamický systém vždy upřednostňuje minimální entalpii.	Termodynamický systém vždy preferuje maximální entropii.

Co je entalpie?

 Entalpie je termodynamická vlastnost, která se týká součtu vnitřní energie a součinu tlaku a objemu systému. Entalpie systému znamená jeho schopnost uvolňovat teplo, a proto má stejnou jednotku jako energie (jouly, kalorie atd.). Entalpie je označena H. 

Je nemožné vypočítat celkovou entalpii systému, protože je nemožné znát nulový bod. Změna entalpie se tedy vypočítává mezi jedním stavem a druhým, když je tlak konstantní. Vzorec entalpie je H = E + PV, kde E je vnitřní energie systému, P je tlak a V je objem. 

V termodynamickém systému má entalpie velký význam, protože určuje, zda je chemická reakce endotermická nebo exotermická. Používá se také pro výpočet reakčního tepla, minimálního požadavku na výkon kompresoru atd. 

Co je Entropie?

 Entropie je rozsáhlá vlastnost a je mírou náhodnosti nebo chaosu v termodynamickém systému. Hodnota entropie se mění se změnou množství hmoty v systému. Entropie se označuje S a běžnými jednotkami entropie jsou jouly za kelvin J⋅K^-1 nebo J⋅K^-1⋅kg^-1 pro entropii na jednotku hmotnosti. Protože entropie měří náhodnost, vysoce uspořádaný systém má nízkou entropii.

Existuje několik metod, jak vypočítat entropii systému. Ale dva z nejběžnějších způsobů jsou výpočet entropie reverzibilního procesu a an izotermický proces. Pro výpočet entropie reverzibilního procesu platí vzorec S = kB ln W, kde kB je Boltzmannova konstanta a její hodnota je rovna 1.38065 × 10-23 J/K a W je počet možných stavů. Pro výpočet entropie izotermického procesu je vzorec ΔS = ΔQ / T, kde ΔQ označuje změnu tepla a T je absolutní teplota systému v Kelvinech.

Tání ledu do vody, následované jeho vypařování do páry, je příkladem rostoucího chaosu a klesající entropie. Když kostka ledu získá energii, tepelná energie uvolní svou strukturu a vytvoří kapalinu a tím zvýší chaos v systému. Podobná věc se stane, když se kapalina změní na páru. Ale zatímco se zaměřujeme na systém, entropie klesá, zatímco entropie okolí roste. 

Hlavní rozdíly mezi entalpií a entropií

1. Entalpie je součet vnitřní energie a součin tlaku a objemu termodynamického systému. Na druhé straně, entropie je množství tepelné energie systému, které není k dispozici pro přeměnu na mechanickou nebo užitečnou práci. 
2. Měření entalpie znamená měření změny entalpie systému, zatímco entropie se týká množství nepořádku nebo chaosu v systému.
3. Jednotka entalpie v SI je stejná jako jednotka energie a lze ji tedy měřit v J, zatímco jednotka entropie v SI pro hmotnost jednotky je J⋅K−1⋅kg−1, a pro entropii na jednotku látkového množství je J⋅K^-1⋅mol^−1.
4. Entalpie je označena H, zatímco entropie je označena S.
5. Heike Kamerlingh Onnes vymyslel termín „entalpie“, zatímco Rudolf Clausius zavedl termín „entropie“.
6. V termodynamickém systému je preferována minimální entalpie, zatímco maximální entropie je preferována ve stejném systému. 

Reference

1. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/j100362a018
2. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2014/md/c4md00057a

Poslední aktualizace: 11. června 2023