Τι είναι η τυπική εντροπία;

Η τυπική εντροπία, γενικά, είναι ένα μέτρο της ποσότητας θερμικής ενέργειας σε ένα κλειστό σύστημα που δεν είναι διαθέσιμο για εργασία και συνήθως θεωρείται ότι είναι η ποσότητα της αταξίας που περιέχει ένα σύστημα. Ο ορισμός της τυπικής εντροπίας έχει ελαφρώς διαφορετικές έννοιες ανάλογα με τον τομέα της επιστήμης στον οποίο εφαρμόζεται. Στη χημεία, η τυπική μοριακή εντροπία ορίζεται ως η εντροπία 1 mole, ή μορίου γραμμαρίου, ύλης σε τυπική ατμοσφαιρική πίεση 14.7 lbs/inch2 (101.3 kPa) και δεδομένη θερμοκρασία.

Τα φυσικά συστήματα στη φύση υποτίθεται ότι υφίστανται τυπική αλλαγή εντροπίας. Αυτό συνεπάγεται αυξανόμενα επίπεδα τυπικής εντροπίας καθώς περνά ο καιρός, με τελικό αποτέλεσμα το σύμπαν μια μέρα να συναντήσει τη μέγιστη εντροπία. Γνωστή ως θερμικός θάνατος, είναι μια κατάσταση όπου όλη η ενέργεια κατανέμεται εξίσου σε όλο το διάστημα και στην ίδια θερμοκρασία, με αποτέλεσμα να μην είναι πλέον ικανή να εκτελέσει οποιαδήποτε εργασία.

Το σύμβολο που χρησιμοποιείται για την αναπαράσταση της τυπικής εντροπίας είναι S° και εκφράζεται σε μονάδες εργασίας ή ενέργειας γνωστές ως τζάουλ, ανά mole θερμοκρασίας Kelvin, έτσι ώστε η έκφραση της τυπικής μοριακής εντροπίας να είναι Sm°/J mole-1 K-1. Αυτός αναλύεται σε έναν αριθμό χωρίς μονάδα σε έναν τυπικό πίνακα εντροπίας. Οι πιο ανθεκτικές ουσίες έχουν τη χαμηλότερη εγγενή εντροπία, όπου το διαμάντι σε τυπική θερμοκρασία 77° Fahrenheit (25° Κελσίου ή 298 Kelvin) έχει τη χαμηλότερη γνωστή εντροπία 2.377, με υγρό νερό 69.9 και ήλιο 126.

Οι νόμοι της θερμοδυναμικής δηλώνουν ότι η ενέργεια ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται. Ο υπολογισμός της τυπικής εντροπίας, επομένως, είναι μια μέθοδος προσδιορισμού της κίνησης της ενέργειας μεταξύ ύλης και συστημάτων, όπου η καθαρή ενέργεια ολόκληρου του σύμπαντος, που θεωρείται ως κλειστό σύστημα, παραμένει πάντα σταθερή. Συχνά η στατιστική μηχανική χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό αυτής της μεταφοράς ενέργειας στη χημεία και τη φυσική, καθώς μπορεί να μοντελοποιήσει την κίνηση των μορίων σε διάφορες ενεργειακές καταστάσεις.

Αν και η εντροπία λέγεται ότι αυξάνεται συνολικά σε όλο το διάστημα, η ψευδαίσθηση στην ανθρώπινη δραστηριότητα είναι ότι μειώνεται. Όταν η ύλη μετατρέπεται σε κάτι χρήσιμο για εργασία, η τυπική εντροπία ή διαταραχή της χημικής κατάστασης της ακατέργαστης ύλης που χρησιμοποιείται μειώνεται. Ωστόσο, για την παραγωγή του προϊόντος χρησιμοποιείται πολύ περισσότερη μη ανακτήσιμη ενέργεια από ό,τι αξίζει.

Αυτή η ψευδαίσθηση ότι η τυπική εντροπία μειώνεται στη Γη καθώς ο πολιτισμός φέρνει τάξη στο χάος διαιωνίζεται από το γεγονός ότι η Γη δεν είναι ένα κλειστό σύστημα. Καθώς καίγονται εξαιρετικά δομημένες χημικές ουσίες όπως τα επεξεργασμένα ορυκτά καύσιμα, χάνεται περισσότερη καθαρή θερμική ενέργεια στο διάστημα με τον ίδιο τρόπο που ο ήλιος εκπέμπει το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητάς του στο διάστημα. Αυτή η θερμότητα δεν μπορεί ποτέ να ανακτηθεί.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο υλικά όπως το διαμάντι έχουν χαμηλότερη τυπική κατάσταση εντροπίας στο 2.377 από τον γραφίτη στο 5.74, αν και και τα δύο αποτελούνται από το ίδιο στοιχείο, τον άνθρακα. Πολύ περισσότερη φυσική ενέργεια και πίεση χρειάστηκε για την παραγωγή του διαμαντιού από τον γραφίτη, δίνοντάς του ένα υψηλότερο επίπεδο εγγενούς τάξης. Επομένως, όσο υψηλότερη είναι η τάξη ενός συστήματος ή υλικού, τόσο περισσότερη τυπική εντροπία έχει συνεισφέρει στο σύμπαν στην παραγωγή του.