Ökar eller minskar entropin?

Du har rätt på de två första, bra!

Entropin är ett mått på oordningen. Om man får färre partiklar så är det också färre partiklar som kan åka runt i rummet, vilket minskar oordningen och entropin.

Om det bildas gaspartiklar så kan de lätt åka kors och tvärs och öka oordningen. Eftersom fasta och flytande ämnen inte har lika frirörliga partiklar, leder gasbildning till en ökning av entropin.

Vad tror du ger mest oordning? Två rena ämnen eller en blandning av dem? Om du kan svara på den frågan så har du löst de tre sista uppgifterna.

Instinktivt kan jag tänka mig att en blandning av två ämnen alltid bör orsaka högre entropi (ge ett exempel på när det inte gör det om det förekommer). 

Dock vet jag inte i vilken synvinkel jag ska tackla problemet (oktan som blandas med bensen). 

När oktan är själv har det bildat fina intermolekylära bindningar till varandra i ett strukturerat mönster, när bensen blandas in förstörs mönstret och blir mer oordnat eftersom molekylerna inte har samma form. (Entropin ökar). 

Sen kan man också se det som att när oktan är för sig själv kan det röra sig friare och när bensen kommer in i bilden måste det ta hänsyn till molekylerna och rörelserna minskas något (entropin minskar). 

Vilka blandningar löser sig ? Två av dem gör det, en inte (nu tänker jag på de tre sista raderna).

Oktanol och vatten kommer inte lösa sig i varandra eftersom oktanol har så många dispersionskrafter intermolekylärt att de "överröstar" vätebindningarna. 

Om ämnena löser sig i varandra minskar entropin?
Om ämnena inte löser sig i varandra ökar entropin?

Om de löser sig eller inte beror på mängderna. Det går att lösa 0,46 gram oktanol i 1000 gram vatten. Om man gör det så ökar entropin. Ifall två ämnen hypotetiskt sett var 100 % olösliga i varandra så skulle det inte leda till någon ändring av entropin.

Entropin ökar om: 

ämnet går från fast -> flytande -> gas.
En reaktion som leder till att fler molekyler bildas. 

Jag trodde att om man blandade t.ex. oktan i vatten skulle entropin bli jättehög (båda ämnena skyr varandra och ingen vill komma nära varandra).

Och om man blandade etanol i vatten skulle entropin blir densamma eftersom vatten lika gärna kan binda till en etanolmolekyl som en annan vattenmolekyl. 

Om du försöker blanda oktanol och vatten kommer du inte att lyckas, de lägger sig i var sitt lager och entalpin ändras inte (något förenklat). Oordningen ökar inte.

Om du blandar etanol och vatten kommer entropin att öka, eftersom de blandas med varandra och inte längre är var för sig (oordningen ökar).

Smaragdalena skrev :

Om du försöker blanda oktanol och vatten kommer du inte att lyckas, de lägger sig i var sitt lager och entalpin ändras inte (något förenklat). Oordningen ökar inte.

Om du blandar etanol och vatten kommer entropin att öka, eftersom de blandas med varandra och inte längre är var för sig (oordningen ökar).

Entropin bör väl minska något (ej vara lika stor som när vattnet är för sig själv) om man blandar olja och vatten eftersom det lager av vattenmolekyler som tvingas ha kontakt med oljan kommer tvingas förhålla sig till oljan. Sedan sker en entropivinst (för vattnet) när oljan går ihop och bildar större aggregat så kontaktytan med vatten blir minimal, eller miceller. 

Entropin minskar inte, om man inte tillför energi till systemet.

Smaragdalena skrev :

Entropin minskar inte, om man inte tillför energi till systemet.

I min lärobok står det att systemets entropi har minskat och är inte längre maximal. Är det en grov förenkling av verkligheten? 

Men om entropin inte ändrats, hur kan då vattnet ha en drivkraft att vilja öka entropin för att slippa oktanolen?

Det kan vara jag som förenklar för mycket.

Det är inte energimässigt fördelaktigt för vatten att binda till oktanol, jämfört med om vatten binder till vatten. Därför bör det hela vara styrt av entalpi snarare än entropi. Känner du till Gibbs fria energi?

Teraeagle skrev :

Det är inte energimässigt fördelaktigt för vatten att binda till oktanol, jämfört med om vatten binder till vatten. Därför bör det hela vara styrt av entalpi snarare än entropi. Känner du till Gibbs fria energi?

Ja, det gör jag. 

Känns som att läroböckerna mest lär oss att rabbla "entropi innebär oordning", men aldrig riktigt definiera vad oordning är.

Ahes skrev :
Känns som att läroböckerna mest lär oss att rabbla "entropi innebär oordning", men aldrig riktigt definiera vad oordning är.

Det finns två olika sätt att se på entropi: det termodynamiska och det statistisk-mekaniska sättet. Det Smaragdalena nämnde tidigare om energi är det termodynamiska synsättet. Då säger man att entropiändringen är omvänt proportionell mot temperaturen och proportionell mot värmeflödet in i "systemet" (=det man studerar: en bägare med vätska, en ballong, Sverige, jordklotet...). Om man tillför mycket värme vid en låg temperatur ökar alltså entropin väldigt mycket. Det här sättet att se på saken är väldigt bra när man ska utföra beräkningar, men åtminstone jag tycker att det är svårare "tankemässigt".

Det andra sättet bygger på statistisk mekanik. Då säger man att entropin beror på sannolikheten att systemet ska inta ett visst tillstånd. Det är mer sannolikt att ett rum är ostädat där saker ligger huller om buller, jämfört med att rummet ska vara kliniskt städat med allt på rätt plats. I det fallet skulle det ostädade rummet ha högre entropi. Om vi försöker blanda två vätskor (låt säga oktan och bensen) så finns det bara ett enda sätt för dem att skikta sig och bilda två olika lager. Sannolikheten för detta är väldigt låg och entropin likaså. Det är mycket troligare att molekylerna kommer att fara kors och tvärs och blandas upp. Högre sannolikhet ger högre entropi. 

Universum strävar efter att öka entropin så mycket som möjligt. Det är en av naturens drivkrafter och kallas för termodynamikens andra huvudsats. Man tror t.ex. att det kommer leda till universums undergång genom värmedöden.

Ahes skrev :

Smaragdalena skrev :

Entropin minskar inte, om man inte tillför energi till systemet.

I min lärobok står det att systemets entropi har minskat och är inte längre maximal. Är det en grov förenkling av verkligheten? 

Men om entropin inte ändrats, hur kan då vattnet ha en drivkraft att vilja öka entropin för att slippa oktanolen?

Såhär definierar man Gibbs fria energi:

$∆G=∆H-T∆S$

Om $∆G>0$ kommer reaktionen eller det man studerar inte att hända ("icke-spontan").
Om $∆G=0$ befinner sig reaktionen eller det man studerar i jämvikt.
Om $∆G<0$ kommer reaktionen eller det man studerar att hända ("spontan").

Som du kan se så beror värdet på både entalpi och entropi (samt temperaturen). Jag har kollat upp den här uppgiften lite extra och det visar sig att boken har rätt. När man blandar olja och vatten sker tydligen ingen större ändring av entalpin, men däremot minskar entropin och det gör att $∆G>0$. Det verkar bero på att vattenmolekylerna "får panik" och tvingas bilda fler vätebindningar till varandra vid kontakt med oljan. Då blir de inte lika lättrörliga och entropin får ett lägre värde.

Teraeagle skrev:

Jag har kollat upp den här uppgiften lite extra och det visar sig att boken har rätt. När man blandar olja och vatten sker tydligen ingen större ändring av entalpin, men däremot minskar entropin och det gör att ΔG>0. Det verkar bero på att vattenmolekylerna "får panik" och tvingas bilda fler vätebindningar till varandra vid kontakt med oljan. Då blir de inte lika lättrörliga och entropin får ett lägre värde.

Intressant.

Tusen tack!