Qu'est-ce que l'entropie?

L'entropie est un concept important en physique et chimie, en plus il peut être appliqué à d'autres disciplines, y compris cosmologie et économie. En physique, cela fait partie de la thermodynamique. En chimie, c'est un concept central chimie physique.

Points clés: Entropie

L'entropie est la mesure du désordre d'un système. C'est un vaste propriété d'un système thermodynamique, ce qui signifie que sa valeur change en fonction de la quantité de matière qui est présent. Dans les équations, l'entropie est généralement désignée par la lettre S et a des unités de joules par kelvin (J⋅K⁻¹) ou kg⋅m²⋅s⁻²⋅K⁻¹. Un système hautement ordonné a une faible entropie.

Il existe plusieurs façons de calculer l'entropie, mais les deux équations les plus courantes concernent les processus thermodynamiques réversibles et processus isothermes (à température constante).

Entropie d'un processus réversible

Certaines hypothèses sont faites lors du calcul de l'entropie d'un processus réversible. L'hypothèse la plus importante est probablement que chaque configuration au sein du processus est également probable (ce qui peut ne pas être le cas). À probabilité égale de résultats, l'entropie est égale à la constante de Boltzmann (k_B) multiplié par le logarithme naturel du nombre d'états possibles (W):

S = k_B En W

La constante de Boltzmann est de 1,38065 × 10−23 J / K.

Entropie d'un processus isotherme

Le calcul peut être utilisé pour trouver l'intégrale de dQ/T de l'état initial à l'état final, où Q est la chaleur et T est le température absolue (Kelvin) d'un système.

Une autre façon de le dire est que le changement d'entropie (ΔS) est égal au changement de chaleur (ΔQ) divisé par la température absolue (T):

ΔS = ΔQ / T

Entropie et énergie interne

En chimie physique et thermodynamique, l'une des équations les plus utiles relie l'entropie à l'énergie interne (U) d'un système:

dU = T dS - p dV

Ici, le changement d'énergie interne dU est égal à la température absolue T multiplié par le changement d'entropie moins la pression externe p et le changement de volume V.

le deuxième loi de la thermodynamique indique l'entropie totale d'un systeme ferme ne peut pas diminuer. Cependant, au sein d'un système, l'entropie d'un système pouvez diminuer en augmentant l'entropie d'un autre système.

Certains scientifiques prédisent que l'entropie de l'univers augmentera au point où le caractère aléatoire crée un système incapable de travail utile. Quand il ne reste que de l'énergie thermique, l'univers serait mort de mort par la chaleur.

Cependant, d'autres scientifiques contestent la théorie de la mort par la chaleur. Certains disent que l'univers en tant que système s'éloigne davantage de l'entropie alors même que les zones à l'intérieur de celui-ci augmentent en entropie. D'autres considèrent l'univers comme faisant partie d'un système plus vaste. D'autres encore disent que les états possibles n'ont pas la même probabilité, donc les équations ordinaires pour calculer l'entropie ne sont pas valables.

Un bloc de glace augmentera entropie en fondant. Il est facile de visualiser l'augmentation du désordre du système. La glace est constituée de molécules d'eau liées les unes aux autres dans un réseau cristallin. Au fur et à mesure que la glace fond, les molécules gagnent plus d'énergie, se dispersent davantage et perdent leur structure pour former un liquide. De même, le changement de phase d'un liquide à un gaz, comme de l'eau à la vapeur, augmente l'énergie du système.

D'un autre côté, l'énergie peut diminuer. Cela se produit lorsque la vapeur change de phase en eau ou lorsque l'eau se transforme en glace. La deuxième loi de la thermodynamique n'est pas violée car la question n'est pas dans un système fermé. Alors que l'entropie du système étudié peut diminuer, celle de l'environnement augmente.

L'entropie est souvent appelée flèche du temps parce que la matière dans les systèmes isolés a tendance à passer de l'ordre au désordre.

• Atkins, Peter; Julio De Paula (2006). Chimie physique (8e éd.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
• Chang, Raymond (1998). Chimie (6e éd.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
• Clausius, Rudolf (1850). Sur le pouvoir moteur de la chaleur, et sur les lois qui peuvent en être déduites pour la théorie de la chaleur. Poggendorff's Annalen der Physick, LXXIX (Dover Reprint). ISBN 978-0-486-59065-3.
• Landsberg, P.T. (1984). "L'entropie et" l'ordre "peuvent-ils augmenter ensemble?". Lettres de physique. 102A (4): 171-173. est ce que je:10.1016/0375-9601(84)90934-4
• Watson, J.R.; Carson, E.M. (mai 2002). "Compréhension par les étudiants de premier cycle de l'entropie et de l'énergie libre de Gibbs." Formation universitaire en chimie. 6 (1): 4. ISSN 1369-5614