Ентальпія проти ентропії: різниця та порівняння

Щоб зрозуміти термодинаміку, ентальпія та ентропія є двома основними поняттями, які ніхто не може пропустити. Знання різниці між ентальпією та ентропією допомагає нам скласти науковий іспит і дає раціональне пояснення багатьох процесів, які ми спостерігаємо щодня. Термодинаміка може пояснити все, від зміни фаз до передачі енергії в одному стані.

Ключові винесення

1. Ентальпія представляє загальну енергію системи, тоді як ентропія вимірює ступінь невпорядкованості або випадковості системи.
2. Позитивна зміна ентальпії означає поглинання тепла, тоді як негативна зміна означає виділення тепла; збільшення ентропії вказує на підвищений безлад, тоді як зменшення ентропії свідчить про порядок.
3. Ентальпія та ентропія впливають на спонтанність реакцій, при цьому більше негативних змін ентальпії та більш позитивних змін ентропії роблять реакції більш спонтанними.

Ентальпія проти ентропії

Різниця між ентальпією та ентропією полягає в тому, що ентальпія є вимірюванням повної енергії системи, яка є сумою внутрішньої енергії та добутку тиску та об’єму. З іншого боку, ентропія - це кількість теплової енергії в системі, яка недоступна для її перетворення в роботу. 

Ентальпія термодинамічної системи визначається як функція стану, яка обчислюється при постійному тиску (велика відкрита атмосфера). Одиниця ентальпії така ж, як і енергія, тобто Дж, в одиниці СІ, оскільки це сума внутрішньої енергії системи та добуток тиску та зміни об’єму. Загальну ентальпію системи неможливо виміряти безпосередньо. Отже, ми вимірюємо зміну ентальпії системи. 

Простими словами, ентропія - це міра випадковості або хаосу в системі. Це широка властивість, тобто значення ентропії змінюється відповідно до кількості речовини в системі. Якщо система високовпорядкована (менш хаотична), вона має низьку ентропію, і навпаки. Одиницею ентропії в СІ є Дж⋅К^-1.

Таблиця порівняння

Параметри порівняння	Ентальпія	Ентропія
Визначення	Ентальпія — це сума внутрішньої енергії та добутку тиску й об’єму термодинамічної системи.	Ентропія – це кількість теплової енергії системи, яка недоступна для перетворення в механічну чи корисну роботу.
Вимірювання	Загальну ентальпію системи неможливо виміряти безпосередньо, тому ми обчислюємо зміну ентальпії.	Вимірювання ентропії системи стосується рівня безладу або хаосу, присутнього в термодинамічній системі.
Блок	Одиниця СІ для ентальпії така ж, як і для енергії, тому її можна виміряти в Дж.	Одиниця ентропії одиниці маси в СІ — Дж⋅К-1⋅кг-1 а для ентропії на одиницю кількості речовини J⋅K-1Olмоль–1.
Symbol	Ентальпія позначається H.	Ентропія позначається S.
Історія	Вчений на ім’я Хайке Камерлінг Оннес ввів термін «ентальпія».	Німецький фізик на ім'я Рудольф Клаузіус ввів термін «ентропія».
Сприятливі умови	Термодинамічна система завжди надає перевагу мінімальній ентальпії.	Термодинамічна система завжди віддає перевагу максимальній ентропії.

Що таке ентальпія?

 Ентальпія — це термодинамічна властивість, яка відноситься до суми внутрішньої енергії та добутку тиску й об’єму системи. Ентальпія системи означає її здатність виділяти тепло, і тому вона має ту саму одиницю, що й енергія (джоулі, калорії тощо). Ентальпія позначається H. 

Неможливо обчислити загальну ентальпію системи, оскільки неможливо знати нульову точку. Отже, зміна ентальпії обчислюється між одним станом і іншим, коли тиск постійний. Формула ентальпії: H = E + PV, де E — внутрішня енергія системи, P — тиск, а V — об’єм. 

У термодинамічній системі ентальпія має велике значення, оскільки вона визначає, чи є хімічна реакція ендотермічною чи екзотермічною. Він також використовується для розрахунку теплоти реакції, мінімальної потреби в потужності компресора тощо. 

Що таке ентропія?

 Ентропія є широкою властивістю, і це міра випадковості або хаосу в термодинамічній системі. Величина ентропії змінюється зі зміною кількості речовини в системі. Ентропія позначається S, а звичайними одиницями ентропії є джоулі коливань J⋅K^-1 або J⋅K^-1⋅кг^-1 для ентропії на одиницю маси. Оскільки ентропія вимірює випадковість, високовпорядкована система має низьку ентропію.

Існує кілька методів обчислення ентропії системи. Але двома найпоширенішими способами є обчислення ентропії оборотного процесу та an ізотермічний процес. Для обчислення ентропії оборотного процесу використовується формула S = kB ln W, де kB — постійна Больцмана, її значення дорівнює 1.38065 × 10-23 Дж/К, а W — кількість можливих станів. Для обчислення ентропії ізотермічного процесу використовується формула ΔS = ΔQ / T, де ΔQ означає зміну тепла, а T — абсолютна температура системи в Кельвінах.

Танення льоду у воду з наступним її випаровування у пару, є прикладом збільшення хаосу та зменшення ентропії. Коли кубик льоду отримує енергію, теплова енергія розпушує його структуру, утворюючи рідину, і таким чином посилюється хаос у системі. Подібне відбувається, коли рідина перетворюється на пароподібний стан. Але при зосередженні на системі ентропія зменшується, а ентропія оточення зростає. 

Основні відмінності між ентальпією та ентропією

1. Ентальпія — це сума внутрішньої енергії та добутку тиску й об’єму термодинамічної системи. З іншого боку, ентропія — це кількість теплової енергії системи, яка недоступна для перетворення в механічну або корисну роботу. 
2. Вимірювання ентальпії означає вимірювання зміни ентальпії в системі, тоді як ентропія означає ступінь безладу або хаосу в системі.
3. Одиниця ентальпії в СІ є такою ж, як і для енергії, тому її можна виміряти в Дж, тоді як одиниця ентропії в СІ для одиниці маси дорівнює Дж⋅К−1⋅кг−1, а для ентропії на одиницю кількості речовини J⋅K^-1Olмоль^–1.
4. Ентальпія позначається H, тоді як ентропія позначається S.
5. Хайке Камерлінг Оннес ввів термін «ентальпія», тоді як Рудольф Клаузіус ввів термін «ентропія».
6. У термодинамічній системі мінімальна ентальпія є кращою, тоді як максимальна ентропія є кращою в тій самій системі. 

посилання

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

Останнє оновлення: 11 червня 2023 р