Entropi Yanılgım
Son zamanlarda entropi anlayışımın en iyi ihtimalle riskli olduğu dikkatimi çekti.
Deneyimlerime göre, entropi (en iyi ihtimalle yüzeysel olarak) inorganik kimyanın genel kimyası / temelleri sırasında tanıtıldı ve bir sistemin düzeni / düzensizliği açısından tanımlandı, genellikle bunu biraz dağınık oda analojisi izledi. Ders kitaplarımdan birinde yazar Gary Wulfsberg, bir reaksiyonun "iyonların / moleküllerin daha geniş bir alana yayılmasını arttırırsa ..." ürünleri nasıl desteklediğini tartışıyordu (Wulfsberg, G., 2018) . Wulfsberg bunu söylemeye devam ediyor
Bu dağılma veya düzensizliğin ölçüsü, maddenin entropisi (S) olarak bilinir. Bir reaksiyon için pozitif bir entropi değişikliği, artan dağılım veya düzensizliği gösterir (Wulfsberg, G., Foundations of Inorganic Chemistry ; ch. 4, s. 200)
entropide artan tüm sistemlerde buna karşılık gelen bir düzensizlik artışına sahip olduğunu söylediği şeklinde yorumladım.
Lisans kariyerimin ilerleyen dönemlerinde, Boltzmann entropisi termodinamik sırasında tanıtıldı ve profesörüm tarafından sistemdeki parçacıklar için mevcut mikro hallerin miktarı olarak tanımlandı ve entropideki bir artışın, sistemin var olabileceği durumlarda bir artışa karşılık geldiği .
Shannon Bilgi Ölçümü (SMI) ve entropiyi tartışan bir makaleye rastladığım zamana kadar her şey yolundaydı ve şeftali gibiydi. Arieh Ben-Naim'in yazdığı bir makalede, entropi ile ilgili düzen / düzensizlik fikrinin mutlaka doğru olmadığından bahsediyor, aslında bu doğru olmayan ve düzen / düzensizlik tüm sistemler için kesin olarak ölçülemeyen bir yanlıştır. . O,
Pek çok kendiliğinden oluşan sürecin, düzenli bir durumdan düzensiz bir duruma doğru ilerlediğini görülebileceği doğrudur. Ancak, bu yorumlamada iki zorluk var. Birincisi, düzen kavramı iyi tanımlanmamıştır ve birçok süreçte sistemin iki durumundan hangisinin az ya da çok düzenli olduğuna karar vermek imkansız değilse de zordur.
J. Chem. Educ. 2011, 88 (5), 594–596
Ek olarak, bazı sistemlerin nasıl "düzen parametreleri" içerdiğinden bahsediyor, ancak bu entropi ile ilgili değil ve entropide bir artışın gözlemlendiği her işlemde buna karşılık gelen bir düzensizlik artışı bulunmuyor. Daha sonra, entropinin SMI tedavisini "parçacığın yerini bulmak için sorulması gereken ikili soru sayısı" olarak tanımlamaya devam ediyor. Dolayısıyla, parçacığın yerini bulmak için sorulması gereken evet / hayır sorularının sayısı artarsa, termodinamik entropi de artar.
benim sorum budur
Boltzmann / istatistiksel mekanik tarafından tanımlanan entropi, Shannon bilgi teorisi tarafından tanımlanan entropi ile aynı mıdır?
Ek olarak, kimyasal sistemlerin entropisindeki değişimi tanımlamada düzen / düzensizliği ilişkilendirmenin herhangi bir geçerliliği var mı?
Yanıtlar
Entropinin düzensizlikle ilişkisi insan merkezlidir. "Düzensizlik", dünya deneyimimizden türetilen bir kavramdır. "Düzensizlik" ile olan ilişki, "düzen" ile ne demek istediğimizi açıkladığımızda daha açık hale gelir. Merriam-Webster tarafından sağlananlar arasında aşağıdaki tanım , amaçlanan anlama en çok uyar:
düzenli veya uyumlu bir düzenleme
Düzenlilik her zaman daha düşük entropi anlamına geldiğinden, diğer her şey eşit olduğundan, "düzen" i daha düşük entropi ile ilişkilendirmek doğru olur.
"Düzen" veya düzenlilik ile olan ilişki, Boltzmann'ın istatistiksel mekanik tanımına göre entropi kavramıyla da uyumludur ($S= k_\mathrm B \log \Omega$). $\Omega$, sistemde bulunan mikro durumların sayısı entropi kullanılarak ölçülebilir. Daha olası benzersiz mikro durumlar, daha yüksek bir entropi anlamına gelir. Daha fazla düzenlilik, sistemin düzenlenmesi ile ilgili daha fazla kısıtlama ve dolayısıyla daha az olası mikro durumlar anlamına gelir. Katılar genellikle daha düzenlidir ve bu nedenle aynı T'deki sıvı durumlarından daha düşük entropiye sahiptir. Gazlar ve sıvılar karşılaştırılırken de aynıdır. Olası mikro durumlar katıdan sıvıya, gaza yükselir.
Bu aynı zamanda bilgilendirici içerik tanımıyla da uyumludur. Düzenli (normal) bir sistemi tanımlamak için daha az bilgi (daha kısa bir açıklama kullanın) kullanabilirsiniz. Bir gaz veya sıvıdaki tüm olası molekül düzenlemelerini açıklamak için katıdan daha fazla bilgiye ihtiyacınız vardır. Entropiyi , sistemin tüm olası düzenlemelerini oluşturmak için gereken tarifin uzunluğunu ölçmek olarak düşünün .