[Thermodynamica] Entropie

[Bonk]

We hebben in de les gezien dat de entropieverandering van een geïsoleerd systeem altijd groter dan of gelijk aan nul moet zijn. Nu heb ik een tegenvoorbeeld gevonden, natuurlijk kan dit niet, dus moet er ergens een fout zitten in mijn redenering. Wie kan me helpen? Mijn redenering is als volgt: Ik zit in mijn kamer, en op de vloer van mijn kamer liggen allemaal papieren van alle mogelijke cursussen die ik ooit gehad heb, ze liggen allemaal door elkaar. We hebben dus een hoge entropie. Beschouw nu eventjes mijn kamer met daarin mijn papieren en ik als een geïsoleerd systeem. Na een uurtje kijken we terug naar dit systeem, en wat zien we, alle papiern liggen netjes soort per soort, ik heb al mijn cursussen dus mooi geordend, en dus is de entropie gedaald.

Ik dacht eerst dat dit fout was omdat de entropieverandering enkel positief moet zijn voor een spontaan proces, maar enkele bladzijden verder veralgemenen we dit, en staat er dat de entropieverandering van een geïsoleerd systeem groter dan of gelijk aan nul moet zijn.

[Jan van de Velde]

In mijn ervaring is het opruimen van een kamer een proces dat niet spontaan verloopt, en veel energie kost..........

Volgens mij, omdat jij in die kamer bent, is je papierwanorde geen geisoleerd systeem meer.....

[StrangeQuark]

Stel je voor dat je in een gesloten systeem zit en je papieren gaat opruimen dan zal de entropie in de ruimte door jouw beweging van de lucht moleculen, de ontstane warmte door je spiergebruik enz enz enz. de entropie veel meer doen stijgen dan de opruiming van jouw papieren.

Het gaat bij dit voorwerp wel om spontaan verlopende processen. Ik betwijfel of het op andere volgorde van je papieren echt iets substantieels met de entropie doet.

Er is wel een analogie geweest voor entropie (van Brian Greene) die legde entropie uit door als je een dik boek hebt van Oorlog en Vrede (iets van 600 pagina's) die geheel op volgorde ligt. Als je al die losse bladzijden omhoog zou gooien dan is de kans enorm klein dat de papieren op goede volgorde neerkomen. Zo is het dus met de entropie, met spontane processen (De bladzijdes vallen, klappen om, waaien weg en raken flink door de war). De truuc is niets vreemds of spannends. Het is als volgt. De entropie moet altijd omhoog gaan en een systeem wil een zo'n hoog mogelijke entropie. Maar met dit boek voorbeeld is het ook logisch dat het van nature gebeurd. De entropie heeft in het boek 1 laagste stand, namelijk alle bladzijden op volgorde. Zodra je daar 1 bladzijde uithaalt of anders legt, dan merk je dat meteen. Echter er zijn oneindig veel meer mogelijkheden dat dat boek op een foute volgorde terecht komt, dus niet op volgorde van pagina nummer. Het systeem zal dus altijd naar de meeste chaos gaan, omdat er gewoon veel meer mogelijkheden tot chaos zijn, en dat noem je hoge entropie.

[EvilBro]

Beschouw nu eventjes mijn kamer met daarin mijn papieren en ik als een geïsoleerd systeem. Na een uurtje kijken we terug naar dit systeem, en wat zien we, alle papiern liggen netjes soort per soort, ik heb al mijn cursussen dus mooi geordend, en dus is de entropie gedaald.

Nee. Binnen het geïsoleerde systeem (je kamer) heb je energie omgezet in warmte (door op te ruimen). De entropie van het systeem is hierdoor gestegen.

[JeroenMeloen]

Er is wel een negatieve entropie verandering mogelijk, zelfs bij een spontaan exothermisch proces!

Als T 'delta S' < 'delta H'

En 'delta G' < 0

Dan is het proces spontaan en de entropie verandering negatief (kleiner dan 0).

[StrangeQuark]

Als dat zo zou zijn, heb je te maken met een negatieve temperatuur (in Kelvin) En dat kom je niet tegen op aarde. Of althans men heeft nog nooit zo'n opstelling kunnen bouwen.

[JeroenMeloen]

Nee hoor, de temperatuur maal het verschil in entropie van het systeem hoeft alleen maar kleiner te zijn dan het verschil in Enthalpie. Een negatieve T bestaat, zoals je zei, inderdaad nooit.

[Steabert]

Er is wel een negatieve entropie verandering mogelijk, zelfs bij een spontaan exothermisch proces!

Als T 'delta S' < 'delta H'

En 'delta G' < 0

Dan is het proces spontaan en de entropie verandering negatief (kleiner dan 0).

bij een geisoleerd systeem is delta H = 0

als delta G < 0 moet zijn dan moet delta S groter zijn dan 0

wat je beweert klopt dus niet

[StrangeQuark]

Kan je daar een voorbeeld van noemen?

[JeroenMeloen]

Er is wel een negatieve entropie verandering mogelijk, zelfs bij een spontaan exothermisch proces!

Als T 'delta S' < 'delta H'

En 'delta G' < 0

Dan is het proces spontaan en de entropie verandering negatief (kleiner dan 0).

bij een geisoleerd systeem is delta H = 0

als delta G < 0 moet zijn dan moet delta S groter zijn dan 0

wat je beweert klopt dus niet

Volgens mij is de enthalpie van een gesloten systeem nooit nul als er een proces verlopen heeft. Hoe zie je dit voor je?

Ik ben nog op zoek naar een reactie waar de totale entropieverandering (dus van het systeem en van de omgeving) kleiner is dan nul.

Ik zit op dit moment te denken aan de verbranding van methaan. Je verbrand een gas en krijgt hiervoor een gas en een vloeistof terug. De entropie van de reactie is dus negatief. Dan vraag ik me af of de warmte die afgestaan wordt aan de omgeving groot genoeg is om de totale entropieverandering positief te laten zijn bij elke temperatuur. Ik denk dat er wel een temperatuur is waarbij de totale entropieverandering negatief is. Ik heb alleen even geen zin om alles uit te rekenen van de omgeving. Het systeem vind ik niet zo'n punt. Dus als iemand zin heeft om dat te doen, dan doe ik het systeem wel 8)

[Bertolli]

Is het dan ook zo dat je kunt stellen dat "de natuur streeft naar een zo groot mogelijke entropie en zo laag mogelijke enthalpe"?

Ik dacht namelijk dat de natuur streefde naar wanorde en een zo laag mogelijke energie... maar ik hoorde laatst eens dat je entropie niet gelijk mag stellen aan wanorde....?

[*Karolien*]

Ja, ik denk wel dat dat klopt. Zo staat het toch in mijn boek denk ik [wortel]

Dit zie je met de formule van Gibbs vrije energie: G = H -TS. De natuur streeft naar een zo klein mogelijke waarde voor G (vrije energie), dus voor een zo klein mogelijke waarde van H (enthalpie) en een zo groot mogelijke waarde voor S (entropie).

En ik denk eigenlijk wel dat de entropie een maat voor wanorde in een systeem is, niet?

[JeroenMeloen]

Entropie is inderdaad een maat voor de wanorde in een systeem. Maar daarnaast is het ook de hoeveelheid energie die je niet als nuttige energie kan gebruiken.

[wannes]

entropie kan wel degelijk dalen, alleen is het in macroscopische systemen onwaarschijnlijk, neem een "dooos" met een aantal gasmoleculen in van 2 verschillende gassen(a en b) in de beginsituatie zitten alle gasmoleculen willekeurig verdeeld en over zitten ongeveer evenveel moleculen van a en b, hier is de entropie dus groot

maar het is mogelijk dat na een tijd, zelfs zonder energie aan het systeeem toe te voegen, dat alle moleculen van a aan de linkerkant zitten en alle moleculen aan de rechterkant

in dat laatste geval is de entropie wel degelijk lager dan in het eerste geval

[JeroenMeloen]

entropie kan wel degelijk dalen, alleen is het in macroscopische systemen onwaarschijnlijk, neem een "dooos" met een aantal gasmoleculen in van 2 verschillende gassen(a en b) in de beginsituatie zitten alle gasmoleculen willekeurig verdeeld en over zitten ongeveer evenveel moleculen van a en b, hier is de entropie dus groot

maar het is mogelijk dat na een tijd, zelfs zonder energie aan het systeeem toe te voegen, dat alle moleculen van a aan de linkerkant zitten en alle moleculen aan de rechterkant

in dat laatste geval is de entropie wel degelijk lager dan in het eerste geval

En als je deze twee gassen nu waterstof en zuurstof noemt, en je laat ze reageren met elkaar. Dan daalt de entropie ongelooflijk veel zelfs. Een vloeistof (water in dit geval) is veel meer geordend dan twee gassen.