Αλλαγές εντροπίας κατά τη μετάβαση φάσης

Η εντροπία μετρά την κατάσταση της τυχαιότητας ή ένα μέτρο διαταραχής. Είναι μια σημαντική επιστημονική ιδέα που βοηθά στον υπολογισμό της κατάστασης αταξίας ή αβεβαιότητας—οι μεταβολές της εντροπίας κατά τη μετάβαση φάσης αυξάνονται όταν μια φάση μεταβαίνει προς υψηλότερη εσωτερική ενέργεια. Ωστόσο, οι μεταβολές της εντροπίας κατά τη μετάβαση φάσης μειώνονται όταν η αλλαγή μειώνει την εσωτερική ενέργεια. Όταν υπάρχει μια αλλαγή στη φάση, οδηγεί σε αλλαγή στην τυχαιότητα ή την οργάνωση των μορίων και ως εκ τούτου επηρεάζει τη συνολική εντροπία. Κατά τη μετάβαση φάσης, η θερμοκρασία που παραμένει σταθερή επηρεάζει την εντροπία. Η μεταφορά θερμότητας είναι αναστρέψιμη σε σταθερή θερμοκρασία μετάβασης φάσης. Το θέμα περιλαμβάνει εκτενείς πληροφορίες και αλλαγές εντροπίας κατά τη διάρκεια σημειώσεων μετάβασης φάσης.

Γιατί συμβαίνουν αλλαγές εντροπίας κατά τη μετάβαση φάσης;

Τα μόρια υπάρχουν σε στερεά, υγρή και αέρια κατάσταση. Κάθε κατάσταση έχει την εντροπία της και ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο της φάσης και το επίπεδο της εντροπίας αλλάζει ανάλογα με τη φάση.

• Το στερεό έχει μια κανονική διάταξη των μορίων, και ως εκ τούτου είναι σφιχτά συσκευασμένο. Το επίπεδο αταξίας στο στερεό είναι χαμηλό και επομένως έχει τη χαμηλότερη εντροπία.
• Το υγρό ρέει ελεύθερα αλλά δεν διασπείρεται εύκολα. Ωστόσο, καθώς δεν είναι σφιχτά συσκευασμένο σαν στερεό, έχει υψηλότερο επίπεδο εντροπίας από ένα στερεό.
• Τα αέρια διασπείρονται εύκολα και ως εκ τούτου έχουν υψηλό επίπεδο τυχαίας ή αποδιοργάνωσης των μορίων. Καθώς το επίπεδο τυχαιότητας είναι υψηλότερο, έχει την υψηλότερη εντροπία σε σύγκριση με όλους τους τύπους μορίων.

Ως εκ τούτου, διαπιστώθηκε ότι υπάρχουν αλλαγές εντροπίας κατά τη μετάβαση φάσης από στερεό σε αέριο και αντίστροφα. Καθώς υπάρχει μια αλλαγή στην κατάσταση από στερεό σε αέριο, αυξάνει σταδιακά το επίπεδο της εντροπίας. Ωστόσο, όταν υπάρχει αλλαγή στην κατάσταση από αέριο σε στερεό, μειώνεται το επίπεδο εντροπίας.

Εντροπία ως προς τη Θερμοδυναμική 

Η εντροπία μπορεί να εξηγηθεί θερμοδυναμικά και συνδέεται κυρίως με τρεις νόμους της θερμοδυναμικής. Η θερμοδυναμική είναι ένας σημαντικός κλάδος της φυσικής που βοηθά να δείξει τη σχέση μεταξύ θερμότητας και διαφόρων μορφών ενέργειας. Βοηθά στη δημιουργία της σχέσης μεταξύ όλων των μορφών ενέργειας και του τρόπου με τον οποίο μεταφέρεται από τη μια μορφή στην άλλη. Οι μεταβολές της εντροπίας κατά τη μετάβαση φάσης εμφανίζονται θερμοδυναμικά καθώς η ενέργεια μεταφέρεται από τη μια φάση στην άλλη λόγω της αύξησης της τυχαίας διαταραχής.

• Σύμφωνα με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής, η ενέργεια δεν μπορεί να καταστραφεί ούτε να δημιουργηθεί, αλλά μπορεί να αλλάξει από τη μια μορφή στην άλλη. Ως εκ τούτου, όπου υπάρχει μετάβαση φάσης, οδηγεί σε αύξηση της εντροπίας. Αυτό συμβαίνει επειδή ο αριθμός των γραμμομορίων αερίων προϊόντων αυξάνεται σε σύγκριση με τα αντιδρώντα.
• Σύμφωνα με τον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο, η μεταφορά θερμότητας στο έργο πραγματοποιείται μόνο σε βάρος της ενέργειας. Ως εκ τούτου, υπάρχει μια συνεχής αύξηση του επιπέδου εντροπίας λόγω της μεταφοράς θερμότητας στο έργο.
• Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο της θερμοδυναμικής, όταν η θερμοκρασία του στερεού κρυσταλλικού είναι στην απόλυτη θερμοκρασία του, αυξάνεται η εντροπία στο μηδέν. Ως εκ τούτου, η εντροπία θα κινηθεί προς το μηδέν όταν μια φάση είναι σε τέλεια σειρά.

Συμβαίνουν αλλαγές εντροπίας κατά τη μετάβαση φάσης και αλλαγές στην ελεύθερη ενέργεια

• Καθώς υπάρχει αύξηση της θερμοκρασίας, αυξάνει την τυχαία κίνηση των μορίων και ως εκ τούτου αυξάνει τον ρυθμό εντροπίας.
• Οι μεταβολές της εντροπίας κατά τη μετάβαση φάσης αυξάνονται όταν υπάρχει τήξη της φάσης καθώς οδηγεί σε υψηλότερη εσωτερική αλλαγή ενέργειας. Ωστόσο, υπάρχει μείωση στην εντροπία του συστήματος εάν η φάση είναι προς χαμηλότερη εσωτερική ενέργεια και οδηγεί στη μετάβαση της φάσης από αέρια ή υγρή σε στερεή.
• Σε θερμοδυναμική ισορροπία, όταν η μετάβαση φάσης λαμβάνει χώρα σχεδόν στατιστικά, η συνολική μεταβολή της εντροπίας του συστήματος και του περιβάλλοντος είναι μηδέν.

Η ελεύθερη ενέργεια είναι η εσωτερική ενέργεια ενός θερμοδυναμικού συστήματος που βοηθά στην εκτέλεση της εργασίας. Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs είναι η ενέργεια που μετατρέπεται στο σύστημα σε σταθερή πίεση και θερμοκρασία. Επομένως, φαίνεται από την ακόλουθη εξίσωση:

G =H – TS

Όπου G είναι ελεύθερη ενέργεια Gibbs

H είναι η ενθαλπία

T είναι η θερμοκρασία

S είναι η εντροπία

Όταν υπάρχει μετάβαση φάσης, το σύστημα απελευθερώνει ή απορροφά μεγάλη ποσότητα ενέργειας ανά αλλαγή όγκου. Ως εκ τούτου, όταν υπάρχει αύξηση της θερμότητας και της θερμοκρασίας, αυξάνει τη διαταραχή των μορίων και αυξάνει την εντροπία. Καθώς αυξάνεται η θερμική ενέργεια, αυξάνεται η κινητική ενέργεια, η οποία σπάει τις διαμοριακές δυνάμεις δέσμευσης.

Συμπέρασμα

Οι αλλαγές εντροπίας κατά τη διάρκεια των σημειώσεων μετάβασης φάσης παρέχουν ολοκληρωμένες πληροφορίες σχετικά με το πώς αλλάζει η εντροπία όταν υπάρχει αλλαγή στη φάση. Καθώς υπάρχει αλλαγή φάσης από στερεό σε αέριο, οδηγεί σε αύξηση της εντροπίας. Το στερεό έχει κανονική διάταξη και είναι συμπαγές. ως εκ τούτου έχει χαμηλή διαταραχή μορίων. Επομένως, η εντροπία είναι χαμηλή. Το υγρό έχει υψηλότερη εντροπία από το στερεό αλλά μικρότερη εντροπία από το αέριο. Η εντροπία αλλάζει κατά τη μετάβαση φάσης. αυξάνει τον ρυθμό εντροπίας όταν ένα στερεό μετατρέπεται σε αέρια φάση. Η εντροπία είναι μια έννοια που μπορεί να εξηγηθεί θερμοδυναμικά και πώς ο μετασχηματισμός της από μια μορφή ενέργειας σε μια άλλη επηρεάζει την εντροπία.