Processi reversibili: Esercizi sulla variazione di entropia
Nel corso della trasformazione di un passaggio di stato, l’entropia subisce variazioni che possono essere sia positive che negative. Ad esempio, durante la vaporizzazione di un liquido si passa da uno stato di maggiore ordine a uno di maggiore disordine, aumentando l’entropia. Invece, durante il passaggio da liquido a solido, si passa da uno stato di maggiore disordine a uno di maggiore ordine, diminuendo l’entropia.
La variazione di entropia in un processo reversibile avviene in condizioni di pressione e temperatura costante. Nella trasformazione di fase, come la vaporizzazione o la solidificazione, la variazione di entropia può essere calcolata utilizzando l’equazione ΔS = ΔH/T, dove ΔS rappresenta la variazione di entropia, ΔH è la variazione di entalpia e T è la temperatura. Nella riscaldamento o nel raffreddamento senza cambio di fase, la variazione di entropia può essere calcolata utilizzando l’equazione ΔS = nCp ln(T2/T1), dove n è il numero di moli e Cp è il calore specifico a pressione costante.
Esercizi sulla variazione di entropia
1) Calcolo dell’entropia standard per la vaporizzazione dell’acqua a 100 °C
ΔHvap = 44.0 kJ/mol
T = 373 K
ΔS°vap = 44000 J/mol/373 K = 118 J/mol K
2) Variazione di entropia durante il riscaldamento di un blocco di rame
Massa del rame = 7.0 Kg
Cp = 24.44 J/mol K
ΔS = 110.15 mol ∙ 22.44 J/mol K ln(1000 K/300 K) = 3241 J/K
3) Entropia durante la solidificazione del mercurio
ΔHfus = 2.29 kJ/mol
Massa di mercurio = 50.0 g
ΔS = – 2.44 J/K
4) Variazione di entropia durante la condensazione dell’etanolo
ΔHvap = 38.56 kJ/mol
Massa dell’etanolo = 68.3 g
ΔS = – 163 J/K
In ciascuno dei casi, le variazioni di entropia vengono calcolate utilizzando le relative equazioni e costanti specifiche dei materiali coinvolti. Questi esercizi consentono di approfondire il concetto di entropia e di comprenderne le variazioni in diverse situazioni termodinamiche.