Is som smelter til vann får større bevegelsesfrihet, og entropien øker. En gass som presses sammen ved samme temperatur får mindre plass å fordele seg på, og entropien minker. Entropi er et mål på hvor mange måter partikler og energi kan fordele seg på i et system, og i skoleoppgaver kommer du langt med to spørsmål: endrer aggregattilstanden seg, og endrer antallet gassmolekyler seg?
Her får du en enkel forklaring på entropi, med eksempler og to nyttige huskeregler. Du lærer også når du må bruke tabellverdier for å finne svaret.
Hva er entropi?
Entropi beskriver hvor mange mulige fordelinger av partikler og energi et system har. Flere mulige fordelinger betyr høyere entropi. «Uorden» er et vanlig hjelpeord, men entropi handler om mer enn hvor rotete noe ser ut.
Klasserommet som bilde
Tenk på et klasserom i undervisning. Alle sitter på hver sin plass, ordnet i rader, med lite bevegelse. Dette kan være et bilde på lav entropi. Så ringer det ut til friminutt. Elevene sprer seg over hele skolen, i alle retninger, i tilfeldige grupper. Antallet mulige plasseringer er enormt mye større. Dette kan være et bilde på høy entropi. Sammenligningen hjelper oss å se hvorfor større bevegelsesfrihet ofte gir høyere entropi.
To huskeregler, ikke to naturlover
De to faktorene nedenfor er kvalitative huskeregler. De forteller deg hvilken vei entropien går i de aller fleste skoleoppgaver, og de er laget for å sammenligne samme stoff eller sammenlignbare stoffmengder under de samme betingelsene, altså samme temperatur og samme trykk.
Entropi er samtidig en målbar størrelse. Standard molar entropi er tabellført for de vanligste stoffene, og når to reaksjoner ser like ut på overflaten, er det tabellverdiene som avgjør. Er du i tvil om en reaksjon, er det der du finner svaret, ikke i huskereglene.
Faktor 1: hvordan påvirker aggregattilstanden entropien?
Aggregattilstanden gir en nyttig pekepinn. For samme mengde av ett stoff er den vanlige rekkefølgen:
| Tilstand | Partiklenes bevegelsesfrihet | Entropi |
| Fast stoff (s) | Låst i gitterposisjoner, kun vibrasjon | Lavest |
| Væske (l) | Beveger seg fritt om hverandre, men holdes samlet | Middels |
| Gass (g) | Beveger seg fritt i hele volumet | Høyest |
Når et stoff smelter eller fordamper, øker entropien. Når det størkner eller kondenserer, minker entropien.
Eksempel: smelting
H₂O(s) → H₂O(l)
Is som smelter til vann. Partiklene går fra å være låst i en krystallstruktur til å bevege seg fritt om hverandre. Entropien øker.
Eksempel: fast stoff som gir gass
CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)
Kalsiumkarbonat spaltes til kalsiumoksid og karbondioksid. Entropien øker. Her dannes det gass fra et fast stoff. Gasspartiklene får langt flere mulige plasseringer. Det forklarer hvorfor entropiendringen er positiv i denne reaksjonen.
Faktor 2: hvorfor teller du gassmolekyler på hver side?
Når gasser deltar i en reaksjon, summerer du koeffisientene foran gassene på hver side av den balanserte reaksjonsligningen. Flere mol gass på produktsiden tyder vanligvis på økt entropi. Færre mol gass tyder vanligvis på lavere entropi. Dette er en huskeregel, ikke et sikkert svar for alle reaksjoner.
Eksempel: 3 blir til 2
2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g)
På venstre side har du tre gassmolekyler, på høyre side to. Antallet frie partikler er redusert, og dermed også antallet mulige fordelinger. Entropien minker.
Legg merke til at alle stoffene her er gasser. Det er nettopp derfor du kan gå rett på molekylantallet. Hadde vannet vært oppgitt som H₂O(l), ville aggregattilstanden vært det første du så på.
Fire feiltrinn i entropioppgaver
En utbredt feil er å glemme aggregattilstandene når du skriver opp reaksjonen. Uten (s), (l) og (g) i reaksjonsligningen kan du ikke engang begynne å avgjøre entropiendringen. Få det på plass først, så er du halvveis.
Det hender at elever teller alle molekyler i stedet for bare gassmolekylene. Endringen i mengden gass gir ofte den tydeligste pekepinnen, også når faste stoffer eller væsker er med i reaksjonen.
En tredje feiltanke er at entropi bare betyr «rot». Uorden er et hjelpebilde. Entropi har enheten J/K. I tabeller bruker vi ofte molar entropi, altså entropi per mol, med enheten J/(mol·K).
Og så blandes entropi og energi. En reaksjon kan godt frigjøre energi og samtidig gi entropinedgang. De vurderes hver for seg.
Hvordan angriper du en entropioppgave?
Still spørsmålene i denne rekkefølgen:
1. Se på aggregattilstandene. Smelting og fordamping gir økt entropi. I kjemiske reaksjoner tyder dannelse av gass fra faste stoffer eller væsker ofte på økt entropi.
2. Sammenlign mengden gass. Summer koeffisientene foran gassene på hver side. Flere mol gass til høyre tyder vanligvis på økning, færre på nedgang.
3. Er det fortsatt uklart? Da holder ikke huskereglene, og du må slå opp standard molar entropi for stoffene og regne differansen mellom produkter og reaktanter. Det skjer for eksempel når antallet gassmolekyler er likt på begge sider.
Ofte stilte spørsmål
Hva om aggregattilstand og molekylantall trekker i hver sin retning?
Har temperatur noe å si?
Hvorfor har gass så mye høyere entropi enn væske?
Kan entropi minke i en spontan reaksjon?
Lær mer
Entropi er en byggesten du trenger for å forstå Gibbs energi og spontane reaksjoner senere i Kjemi 2. På EnkelEksamen finner du videoundervisning og oppgaver om entropi.
REA3046
Kjemi 2 – Privatist
REA3046
Kjemi 2 – VGS
