Entropia – O que é? Características, Fórmula, Exemplos e Exercícios

Uma das áreas estudadas pela física é a Termodinâmica, que trata do estudo das leis da transformação de um tipo de energia em outra, ou seja, a relação entre energia e trabalho.

A Segunda Lei da Termodinâmica possui o seguinte enunciado: “Em qualquer processo natural, a ENTROPIA do universo sempre aumenta”. Mas, o que isso quer dizer?

Esse enunciado significa que um sistema tende a aumentar sua entropia com o passar do tempo. E a entropia é associada à irreversibilidade, desordem e aleatoriedade de um sistema. Confira, a seguir, mais informações a respeito dessa grandeza, bem como exercícios para testar os seus conhecimentos!

O que é entropia?

Entropia é uma grandeza física que mede o grau de desordem de um sistema, do objeto de estudo. Assim, quanto maior for a variação de entropia de um sistema, maior será sua desordem.

Características

A entropia possui algumas características peculiares, como:

• É relacionada à espontaneidade de uma reação;
• Quanto maior a entropia, menor a organização do sistema;
• Quanto maior a entropia, mais aleatória será a conformação do sistema;
• Quanto maior a entropia, maior o número de estados físicos possíveis para o sistema;
• Quanto maior a energia, menor a quantidade de energia disponível.

Fórmula de entropia

A fórmula dessa grandeza é a razão entre a variação de calor durante um processo isotérmico* pela temperatura. Assim temos:

Sendo:

ΔS = variação de entropia;
ΔQ = quantidade de calor;
T = temperatura.

*Processo isotérmico (ΔQ < 0): são os processos pelos quais a temperatura do sistema permanece constante.

Podemos verificar, então, que, em processos isotérmicos, quando o sistema recebe calor (ΔQ > 0), a entropia aumenta; e quando o sistema perde calor, a entropia diminui. Se o sistema não realiza troca de energia (ΔQ > 0), a entropia permanece constante.

Exemplos

• Copo de vidro quebrando: o processo de quebra do vidro em pedaços menores é espontâneo, ou seja, é esperado que ocorra quando cai no chão. Dizemos que a entropia, a desordem, desse sistema aumentou. Já o oposto, que o copo volte à altura anterior intacto naturalmente, não é esperado;
• Perfume difundido no ar: quando abrimos um frasco de perfume, espera-se que o cheiro seja difundido pelo ambiente, pois as moléculas evaporaram no ar, aumentando a entropia do sistema. Não esperamos o oposto, no entanto, que o perfume difundido no ar volte ao frasco quando o abrimos. Ou seja, não seria espontâneo;
• Gelo derretendo: quando o cubo muda do estado sólido para o líquido sua desordem aumenta, ou seja, aumenta a entropia do sistema. Neste processo, as moléculas se agitam e ficam mais distantes umas das outras, formando um sistema mais desordenado.

Exercícios resolvidos

1. (UFPI) – Assinale a alternativa que está incorreta no que concerne à entropia:

a) a entropia de gases é geralmente maior que a dos líquidos e a entropia de líquidos é geralmente maior que a dos sólidos;

b) a entropia normalmente aumenta quando um líquido puro ou sólido dissolve em um solvente;

c) a entropia aumenta quando um gás dissolvido escapa de uma solução;

d) a entropia do universo está aumentando continuamente;

e) a entropia de um processo complexo é a soma das entalpias simples desse processo.

Alternativa “e”. De acordo com a fórmula ΔS = S Final – S Inicial, a variação de entropia é a diferença entre a entropia final e a inicial, e não a soma de entalpias.

2. (Puc MG) – Qual dos seguintes estados é o mais desordenado?

a) gás próximo à temperatura de condensação.

b) líquido próximo ao ponto de ebulição.

c) sólido próximo ao ponto de fusão.

d) líquido próximo ao ponto de congelação.

Alternativa “a”. Gases são mais desordenados do que um sólido ou um líquido, portanto, possuem maior entropia.

3. (Enem – 2016) Até 1824 acreditava-se que as máquinas térmicas, cujos exemplos são as máquinas a vapor e os atuais motores a combustão, poderiam ter um funcionamento ideal. Sadi Carnot demonstrou a impossibilidade de uma máquina térmica, funcionando em ciclos entre duas fontes térmicas (uma quente e outra fria), obter 100% de rendimento. Tal limitação ocorre porque essas máquinas

a) realizam trabalho mecânico.
b) produzem aumento da entropia.
c) utilizam transformações adiabáticas.
d) contrariam a lei da conservação de energia.
e) funcionam com temperatura igual à da fonte quente.

Alternativa “b”. Isso ocorre porque essas máquinas geram maior entropia durante a produção de vapor, ou seja, aumentam a energia do sistema.