Wat is standaard entropie?
Standaardentropie is in het algemeen een maat voor de hoeveelheid warmte-energie in een gesloten systeem die niet beschikbaar is voor werk, en wordt meestal beschouwd als de hoeveelheid stoornis die een systeem bevat. De definitie van standaardentropie heeft enigszins verschillende betekenissen, afhankelijk van het wetenschapsgebied waarop het wordt toegepast. In de chemie wordt standaard molaire entropie gedefinieerd als de entropie van 1 mol, of grammolecule, materie bij een standaard atmosferische druk van 14,7 lbs / inch 2 (101,3 kPa) en een gegeven temperatuur.
Van fysieke systemen in de natuur wordt aangenomen dat ze standaard entropieveranderingen ondergaan. Dit houdt in dat de niveaus van standaardentropie toenemen naarmate de tijd verstrijkt, met het uiteindelijke resultaat dat het universum op een dag maximale entropie zal tegenkomen. Bekend als warmtedood, is het een toestand waarin alle energie gelijkmatig over de ruimte en bij dezelfde temperatuur wordt verdeeld, waardoor het niet langer in staat is om enig werk uit te voeren.
Het symbool dat wordt gebruikt om standaard entropie weer te geven is S ° en wordt uitgedrukt in werkeenheden of energie bekend als joules, per mol temperatuur Kelvin, zodat het uitdrukken van standaard molaire entropie Sm ° / J mol -1 K -1 is . Dit wordt uitgesplitst naar een aantal zonder eenheid in een standaard entropietabel. De meest duurzame stoffen hebben de laagste intrinsieke entropie, waarbij diamant bij een standaardtemperatuur van 77 ° Fahrenheit (25 ° Celsius of 298 Kelvin) de laagste bekende entropie van 2.377 heeft, met vloeibaar water één van 69.9 en helium één van 126.
De wetten van de thermodynamica stellen dat energie niet wordt gecreëerd of vernietigd. Het berekenen van standaardentropie is daarom een methode om de beweging van energie tussen materie en systemen te bepalen, waarbij de netto-energie van het hele universum, beschouwd als een gesloten systeem, altijd constant blijft. Vaak wordt statistische mechanica gebruikt om deze energieoverdracht in chemie en fysica te berekenen, omdat het de beweging van moleculen in verschillende energietoestanden kan modelleren.
Hoewel wordt gezegd dat entropie in de hele ruimte toeneemt, is de illusie in menselijke activiteit dat het wordt verminderd. Wanneer materie wordt vervaardigd tot iets nuttigs voor werk, wordt de standaard entropie of stoornis van de chemische toestand van de gebruikte ruwe materie verminderd. Bij het produceren van het product wordt echter veel meer oninbare energie gebruikt dan het waard is.
Deze illusie dat standaard entropie op aarde wordt verminderd terwijl de beschaving orde in chaos brengt, wordt voortgezet door het feit dat de aarde geen gesloten systeem is. Terwijl sterk gestructureerde chemicaliën zoals geraffineerde fossiele brandstoffen worden verbrand, gaat meer netto warmte-energie verloren aan de ruimte op dezelfde manier waarop de zon het grootste deel van zijn warmte in de ruimte uitstraalt. Deze warmte kan nooit worden teruggewonnen.
Dit is de reden waarom materialen zoals diamant een lagere standaard entropietoestand hebben bij 2.377 dan grafiet bij 5.74, hoewel beide zijn samengesteld uit hetzelfde element, koolstof. Veel meer natuurlijke energie en druk gingen in het produceren van de diamant dan het grafiet, waardoor het een hoger niveau van intrinsieke orde kreeg. Daarom, hoe hoger de orde van een systeem of materiaal, hoe meer standaard entropie het heeft bijgedragen aan het universum in zijn productie.