Entropia

Entropia é um conceito que faz parte da Segunda lei da Termodinâmica. Precisaremos, inicialmente, introduzir uma ideia muito simples que envolve este conceito. Todas as coisas possuem um sentido natural de ocorrência, assim como as reações químicas. A curto prazo, ferro é oxidado a óxido de ferro (III), naturalmente; diamante, a longo prazo (muito longo mesmo), transforma-se em grafite. Outras reações e fenômenos também possuem sentidos naturais, os quais podem ser previstos pelos conceitos da primeira, segunda e terceira leis da termodinâmica, como a expansão de um gás no vácuo, o equilíbrio térmico, etc. Não há nenhuma influência externa sobre o sistema para que estas mudanças ocorram.

Sem mais delongas, Entropia (associada à letra S) designa o estado de agitação das moléculas de um determinado composto químico. Para que uma reação química ocorra em sentido espontâneo, a desordem final precisa ser maior do que a inicial, ou seja, S_f > S_i. Reações exotérmicas, por exemplo, envolvem dispersão de energia potencial. Como o objetivo é buscar um estado menos energético possível, o sentido natural é esta dispersão.

Nos sólidos, geralmente, há uma estrutura extremamente organizada, chamada retículo cristalino, em que as moléculas possuem posições específicas uma em relação à outra. Nos líquidos, a desorganização da estrutura intermolecular é maior que nos sólidos. Nos gases, pensando na ideia de que eles ocupam todo o espaço possível, num processo natural de expansão, a desordem é altíssima. Assim, S (gases) > S (líquidos) > S (sólidos). Fatores como temperatura e dissolução alteram os valores de entropia. Maiores temperaturas geram entropia maior, assim como o processo de dissolução e solvatação de espécies puras (sólidas ou líquidas) em um solvente. Grau de mobilidade e presença de outras espécies tambem a afetam.

Assim como a entalpia, a variação de entropia costuma ser medida, usando-se valores de entropia molar padrão, dada a reação total.

ΔS = S_fº - S_iº.      [1]

Se a variação de entropia para o Universo (Conjunto formado por Sistema e Vizinhanças) for positiva, a reação ocorre espontaneamente e a formação de produtos é favorecida.

ΔS_universo =  ΔS_sistema + ΔS_vizinhança  [2]

Esta é a Segunda Lei da Termodinâmica. Outra forma de calcular a variação de entropia é dada pela equação:

ΔS = q_rev / T  [3]

Em que o índice ‘rev’ da fórmula indica transferência reversível de calor. Um aumento na temperatura das vizinhanças gera aumento na temperatura do sistema. [3] é válida quando pressão e temperatura são constantes. Usaremos esta fórmula enquanto não houver mudança de fase, pois, durante a mudança, a entropia aumenta muito, diferentemente do que ocorre quando há aumento de temperatura sem mudança de fase.

A Terceira Lei nos diz que todos os cristais perfeitos, no zero absoluto (zero Kelvin), possuem entropia igual à zero. Este conceito é válido, pois, segundo Lorde Kelvin, o movimento molecular cessa a essa temperatura, por conseguinte, a desordem ou entropia cessa.  □

 

Veja também: (Variedades) Encontro com Fátima Bernardes