16.10: Entropía Cambios en las Reacciones Gaseosas

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 74957

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Conocer qué factores afectan la magnitud de la entropía a menudo nos permite predecir si la entropía de los productos será mayor o menor que la de los reactivos en una reacción química dada. Esto es particularmente cierto para las reacciones gaseosas. En una reacción de disociación como

\[\ce{N2O4(g) → NO2 + NO2} \qquad \Delta S_{m}°(298 \text{K})=+176 \text{JK}^{-1} \text{mol}^{-1} \nonumber \]

por ejemplo, es fácil ver que Δ S debe ser positivo. Las dos mitades de la molécula N ₂ O ₄ se ven obligadas a moverse juntas antes de la disociación, pero pueden moverse independientemente como moléculas de NO ₂ una vez que se ha producido la disociación. Un argumento similar se aplica a reacciones como

\[\ce{2O3 → 3O2} \qquad \Delta S°_{m}(298 \text{K})=+137 \text{JK}^{-1} \text{mol}^{-1} \nonumber \]

En forma de O ₃, los átomos de O están obligados a moverse en grupos de tres, pero en forma de O ₂, solo dos átomos necesitan moverse juntos, una restricción menor. En consecuencia, esperamos que Δ S sea positivo para esta reacción.

Una extensión adicional de este argumento nos lleva a la conclusión general de que en cualquier reacción que involucre gases si aumenta la cantidad de sustancia en la fase gaseosa, Δ S será positivo, mientras que si disminuye, también lo hará Δ S. Por ejemplo, en la reacción

\[\ce{2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g)} \nonumber \]

La cantidad de gas disminuye de 3 a 2 mol (es decir, Δ n = —1 mol). El cambio de entropía debería ser negativo para esta reacción. De la Tabla de Entropias Molares Estándar podemos encontrar fácilmente que Δ S _m° (298 K) tiene el valor —173 J K ^—1 mol ^—1.

Tabla de Entropias Molares Estándar

Compuesto	S _m ^o/J K ^-1 mol ^-1	Compuesto	S _m ^o/J K ^-1 mol ^-1
Sólidos		Gases Diatómicos
C (diamante)	2.377
C (grafito)	5.74	H ₂	130.7
Si	18.8	D ₂	145.0
Ge	31.1	HCl	186.9
Sn (gris)	44.1	HBr	198.7
Pb	64.8	HOLA	206.6
Li	29.1	N ₂	191.6
Na	51.2	O ₂	205.1
K	64.2	F ₂	202.8
Rb	69.5	Cl ₂	223.1
Cs	85.2	Br ₂	245.5
NaF	51.5	I ₂	260.7
MgO	26.9	CO	197.7
AlN	20.2	Gases Triatómicos
NaCl	72.1	H ₂ O	188.8
KCl	82.6	NO ₂	240.1
Mg	32.7	H ₂ S	205.8
Ag	42.6	CO ₂	213.7
I ₂	116.1	SO ₂	248.2
MgH ₂	31.1	N ₂ O	219.9
AgN ₃	99.2	O ₃	238.9
Líquidos		Gases Poliatómicos (> 3)
Hg	76.0	CH ₄	186.3
Br ₂	152.2	C ₂ H ₆	229.6
H ₂ O	69.9	C ₃ H ₈	269.9
H ₂ O ₂	109.6	C ₄ H ₁₀	310.2
CH ₃ OH	126.8	C ₅ H ₁₂	348.9
C ₂ H ₅ OH	160.7	C ₂ H ₄	219.6
C _₆ H	172.8	N ₂ O ₄	304.3
BCl ₃	206.3	B ₂ H ₆	232.0
Gases Monatómicos		BF ₃	254.0
Él	126.0	NH ₃	192.5
Ne	146.2
Ar	154.8
Kr	164.0
Xe	169.6

Esta tabla muestra entropías molares para las condiciones estándar de 298.15 K (25°C) y 101.3 kPa. Tales condiciones deben especificarse, ya que la entropía es proponente a la cantidad de sustancia, y depende de la temperatura, la presión. La entropía también depende del volumen, pero dado que se dan la cantidad, n, temperatura y presión, el volumen se define implícitamente. Esta tabla está tomada de Corechem:Standard Molar Entropies, y también se utiliza en CoreChem:Dependencia de S en la Estructura Molecular así como CoreChem:Algunas Tendencias En Valores de Entropía.