Varför avdunstar vatten fullt ut i det öppna men inte i en stängd behållare?
Frågan löd ungefär:
Om man lämnar en skål med vatten utomhus kommer vattnet till slut avdunsta fullständigt. Om man däremot stänger in vattnet i en sluten behållare kommer vattnet inte avdunsta fullt ut, förklara detta med energi och entropi. Antag att temperaturen är konstant och samma i båda situationerna.
Mitt resonemang:
För att en reaktion ska ske måste den totala entropin öka. I detta fall är reaktionen endoterm, vilket innebär att omgivningsentropin minskar. Då måste systementropin öka. Om man stänger in vattnet minskar antalet mikrotillstånd som är möjliga, vilket innebär att luften till slut kommer "mättas" av vattenånga. I början kommer systementropin öka, men vid en viss gräns skulle systementropin börja minska igen om mer vatten avdunstade. Detta sker på grund av att den totala systementropin är högst när det finns "lite av alla partiklar".
Detta sker inte i ett öppet system, eftersom antalet mikrotillstånd inte är lika begränsat. Där skulle systementropin i princip öka hela tiden, eftersom luften aldrig kommer mättas på samma sätt som i den slutna behållaren.
Om man skulle åskådliggöra systemens systementropier som en funktion av mängden avdunstat vatten skulle de kunna se ut ungefär så här:
I den stängda behållaren (som är ett slutet system) finns en jämvikt mellan ånga och vätska. Det vet man eftersom mängden vätska annars skulle ändras. Det innebär att avdunstning och kondensering ändrar Gibbs energi lika mycket. När vätska avdunstar sänks entalpin men entropin ökar, när ångan kondenserar ökar entalpin men entropin minskar. Vid jämvikt råder perfekt balans mellan dessa.
Det som händer om man öppnar systemet är att ångan kan smita ut från systemet, så det råder inte längre balans mellan förångning och kondensering. Förångningen påverkas inte, men det finns inte tillräckligt med ånga kvar i systemet som kan kondensera och kompensera för sänkningen av Gibbs energi som sker när vattnet avdunstar. Då kommer vattnet att avdunsta tills det tar slut.
Din graf blir inte riktigt korrekt, däremot beskriver den ungefär hur det ser ut för den totala entropin. Systemet har alltid som högst entropi om det finns enbart ånga, dvs 100% avdunstat. Men det är inte vad din graf för det slutna/stängda systemet visar. Om det hade varit ett isolerat system, alltså ett system som inte kan utbyta energi med omgivningen, så hade den blåa grafen varit korrekt. Däremot stämmer det att den totala entropin når något max vid en viss %avdunstat, vilket motsvarar jämviktsläget (där även Gibbs energi når sitt minimum).
