Per capire la termodinamica, l'entalpia e l'entropia sono due concetti fondamentali che nessuno può perdere. Conoscere la differenza tra entalpia ed entropia ci aiuta a superare il nostro esame di scienze e fornisce una spiegazione razionale per molti processi a cui assistiamo quotidianamente. La termodinamica può spiegare tutto, dalle fasi mutevoli al trasferimento di energia in un singolo stato.
Punti chiave
- L'entalpia rappresenta l'energia totale di un sistema, mentre l'entropia misura il grado di disordine o casualità del sistema.
- Una variazione positiva di entalpia implica l'assorbimento di calore, mentre una variazione negativa indica il rilascio di calore; l'aumento dell'entropia indica un aumento del disordine mentre la diminuzione dell'entropia suggerisce ordine.
- L'entalpia e l'entropia influenzano entrambe la spontaneità delle reazioni, con cambiamenti di entalpia più negativi e cambiamenti di entropia più positivi che rendono le reazioni più spontanee.
Entalpia vs Entropia
La differenza tra entalpia ed entropia è che l'entalpia è la misura dell'energia totale di un sistema, che è la somma dell'energia interna e il prodotto di pressione e volume. D'altra parte, l'entropia è la quantità di energia termica in un sistema che non è disponibile per la sua conversione in lavoro.
L'entalpia di un sistema termodinamico è definita come una funzione di stato calcolata a pressione costante (grande atmosfera aperta). L'unità di entalpia è la stessa dell'energia, cioè J, nell'unità SI, perché è la somma dell'energia interna di un sistema e il prodotto della pressione e della variazione di volume. L'entalpia totale di un sistema non può essere misurata direttamente. Quindi, misuriamo il cambiamento nell'entalpia di un sistema.
In parole semplici, l'entropia è la misura della casualità o del caos in un sistema. È una proprietà estensiva, il che significa che il valore dell'entropia cambia in base alla quantità di materia nel sistema. Se un sistema è altamente ordinato (meno caotico), ha una bassa entropia e viceversa. L'unità SI dell'entropia è J⋅K-1.
Tavola di comparazione
| Parametri di confronto | entalpia | entropia |
|---|---|---|
| Definizione | L'entalpia è la somma dell'energia interna e del prodotto della pressione e del volume di un sistema termodinamico. | L'entropia è la quantità di energia termica di un sistema che non è disponibile per la conversione in lavoro meccanico o utile. |
| Misurazione | L'entalpia totale di un sistema non può essere misurata direttamente, quindi calcoliamo la variazione di entalpia. | Misurare l'entropia di un sistema si riferisce alla quantità di disordine o caos presente in un sistema termodinamico. |
| Unità | L'unità SI dell'entalpia è la stessa dell'energia, quindi può essere misurata in J. | L'unità SI di entropia per unità di massa è J⋅K-1kg-1 e per l'entropia per quantità unitaria di sostanza è J⋅K-1mol-1. |
| Simbolo | L'entalpia è indicata con H. | L'entropia è indicata con S. |
| Storia | Uno scienziato di nome Heike Kamerlingh Onnes ha coniato il termine "entalpia". | Un fisico tedesco chiamato Rudolf Clausius ha coniato il termine "entropia". |
| Condizioni favorevoli | Un sistema termodinamico favorisce sempre la minima entalpia. | Un sistema termodinamico preferisce sempre la massima entropia. |
Cos'è l'entalpia?
L'entalpia è una proprietà termodinamica che si riferisce alla somma dell'energia interna e del prodotto della pressione e del volume di un sistema. L'entalpia di un sistema indica la sua capacità di cedere calore, quindi ha la stessa unità di misura dell'energia (joule, calorie, ecc.). L'entalpia è indicata con H.
È impossibile calcolare l'entalpia totale di un sistema in quanto è impossibile conoscere il punto zero. Quindi, la variazione di entalpia viene calcolata tra uno stato e l'altro quando la pressione è costante. La formula dell'entalpia è H = E + PV, dove E è l'energia interna del sistema, P è la pressione e V è il volume.
C'è molto significato dell'entalpia in un sistema termodinamico in quanto determina se una reazione chimica è endotermica o esotermica. Viene anche utilizzato per calcolare il calore della reazione, la potenza minima richiesta per un compressore, ecc.
Che cos'è l'entropia?
L’entropia è una proprietà estensiva ed è la misura della casualità o del caos in un sistema termodinamico. Il valore dell'entropia cambia con la variazione della quantità di materia nel sistema. L'entropia è indicata con S e le unità comuni di entropia sono joule per kelvin J⋅K-1 o J⋅K-1kg-1 per l'entropia per unità di massa. Poiché l'entropia misura la casualità, un sistema altamente ordinato ha una bassa entropia.
Esistono diversi metodi per calcolare l'entropia di un sistema. Ma due dei modi più comuni sono il calcolo dell’entropia di un processo reversibile e di un processo isotermico. Per calcolare l'entropia di un processo reversibile la formula è S = kB ln W dove kB è la costante di Boltzmann e il suo valore è pari a 1.38065 × 10-23 J/K, e W è il numero di stati possibili. Per calcolare l'entropia di un processo isotermico, la formula è ΔS = ΔQ / T, dove ΔQ si riferisce alla variazione di calore e T è la temperatura assoluta del sistema in Kelvin.
Lo scioglimento del ghiaccio nell'acqua, seguito dalla sua vaporizzazione in vapore, è un esempio di aumento del caos e diminuzione dell'entropia. Quando il cubetto di ghiaccio guadagna energia, l'energia termica allenta la sua struttura per formare liquido e quindi aumenta il caos nel sistema. Una cosa simile accade quando il liquido viene trasformato in uno stato di vapore. Ma, concentrandosi sul sistema, l'entropia diminuisce mentre l'entropia dell'ambiente circostante aumenta.
Principali differenze tra entalpia ed entropia
- L'entalpia è la somma dell'energia interna e il prodotto della pressione e del volume di un sistema termodinamico. D'altra parte, l'entropia è la quantità di energia termica di un sistema che non è disponibile per la conversione in lavoro meccanico o utile.
- Misurare l'entalpia significa misurare la variazione di entalpia di un sistema, mentre l'entropia si riferisce alla quantità di disordine o caos in un sistema.
- L'unità SI dell'entalpia è la stessa di quella dell'energia e quindi può essere misurata in J, mentre l'unità SI dell'entropia per l'unità di massa è J⋅K−1⋅kg−1, e per l'entropia per quantità unitaria di sostanza è J⋅K-1mol-1.
- L'entalpia è indicata con H, mentre l'entropia è indicata con S.
- Heike Kamerlingh Onnes ha coniato il termine "entalpia", mentre Rudolf Clausius ha coniato il termine "entropia".
- In un sistema termodinamico si preferisce l'entalpia minima, mentre nello stesso sistema si preferisce la massima entropia.
- https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/j100362a018
- https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2014/md/c4md00057a
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