Entropia de Reação (ΔS)

Entropia de reação: ΔS = ΣS°(produtos) − ΣS°(reagentes)

A entropia S conta os microestados disponíveis a um sistema, o que é outra forma de descrever sua desordem: ΔS = S_produtos − S_reagentes. Quando ΔS > 0 a desordem aumentou; quando ΔS < 0 ela diminuiu. A segunda lei da termodinâmica diz que a entropia de um sistema isolado nunca cai, então o universo segue rumando para ΔS_total > 0. Um gás se espalha pelo recipiente por conta própria porque o estado expandido abre muito mais microestados para ocupar. Congelar uma substância reduz S, ao passo que vaporizá-la aumenta S. A entropia-padrão S° a 25°C é tabelada para milhares de substâncias. A combustão costuma empurrar S para cima, já que os produtos gasosos têm mais liberdade de movimento. Boltzmann fixou isso no nível microscópico com S = k·ln Ω, onde Ω é o número de microestados e k = 1,38×10⁻²³ J/K. A fórmula está gravada em sua lápide, em Viena.

Aplicações

A entropia conduz a previsão de equilíbrio químico e de espontaneidade pela energia livre de Gibbs ΔG = ΔH − TΔS, em que um ΔG negativo sinaliza processo espontâneo. Ela responde pela entropia de mistura em ligas, soluções e formulações farmacêuticas. Sustenta também a teoria da informação, onde a entropia de Shannon embasa compressão e criptografia. Os seres vivos dependem dela do mesmo jeito: organismos queimam energia externa para manter sua entropia local baixa, o enigma que Schrödinger colocou em "O que é a vida?" lá em 1944. E ela chega até a cosmologia e a morte térmica do universo.

Perguntas frequentes

A entropia pode diminuir localmente? Pode, desde que o sistema seja aberto. Uma geladeira derruba a entropia lá dentro, mas joga ainda mais para o ambiente ao redor. Os seres vivos fazem a mesma jogada, construindo ordem num ponto e despachando entropia para fora como calor.

Por que S° tem valor positivo, não zero? A terceira lei reserva S = 0 para um cristal perfeito parado a 0 K. Aqueça qualquer coisa até 25°C e o movimento térmico já terá acumulado uma boa dose de entropia.

O ΔS sozinho determina espontaneidade? Para o conjunto sistema mais ambiente, sim. Para a reação isolada, não, e aí você recorre a Gibbs: ΔG = ΔH − TΔS. É assim que uma reação endotérmica ainda consegue ser espontânea, quando TΔS cresce o suficiente para superar ΔH.