화학반응이 진행될 때 엔트로피가 증가하는 방향이 자발적인 이유는?

Question

안녕하세요. 무질서도와 관련된 개념으로 '엔트로피(S)'가 존재하며, 계와 주위의 엔트로피를 합한 우주의 엔트로피가 증가하는 방향이 자발적인 반응이라고 하던데요, 왜 엔트로피가 증가하는 방향이 자발적인 것인지 이유가 궁금합니다.

Answer 1

열역학에서 자발적인 과정이란 외부에서 에너지를 공급하지 않아도 스스로 일어나는 변화를 말하는 것인데요, 이때 엔트로피란 무질서 정도를 나타내는 척도입니다. 즉 엔트로피는 물리학적으로 계의 무질서도 혹은 미시 상태의 가능한 수를 정량화한 개념이기 때문에 계가 가질 수 있는 미시 상태가 많을수록 엔트로피가 큽니다. 따라서 엔트로피는 계가 더 무작위적이고, 예측하기 어려운 상태로 가려는 경향을 나타내는 척도입니다.

열역학적으로 자발적 반응이란 외부에서 일이나 에너지를 강제로 공급하지 않아도 자연스럽게 일어나는 반응을 말하는데요, 계와 주위의 엔트로피 합이 증가할 때, 반응은 자발적이며 반대로, 우주의 엔트로피가 감소하는 반응은 외부 에너지를 필요로 하기 때문에 비자발적입니다. 즉, 엔트로피가 증가하는 방향이 자발적이라는 말은 자연적으로 가능한 미시 상태 수가 증가하는 방향으로 진행된다는 의미입니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김대우 전문가입니다.

엔트로피(S)는 시스템의 무질서도를 나타냅니다. 열역학 제2법칙에 따르면, 우주의 총 엔트로피(계+주위)는 항상 증가합니다. 왜냐하면 자연은 확률이 높은 상태로 가기 때문입니다. 무질서한 상태가 가능한 경우의 수가 훨씬 많습니다. 예를 들어, 향수가 방에 퍼지는 것은 엔트로피 증가로 자연스럽게 일어납니다. 반대로, 분자가 한쪽으로 모이는 것은 확률이 낮아 자발적이지 않습니다. 그래서 엔트로피가 증가하는 방향이 자발적인 것입니다!

Answer 3

안녕하세요. 정철 박사입니다.

엔트로피가 증가하는 것이 자발적인 이유는 그것이 가장 안정하고 자연적으로 진행중인상태이기 때문입니다