L’entropia descrive la tendenza dei sistemi a passare da uno stato di organizzazione superiore a uno stato di organizzazione inferiore a livello molecolare. Nella tua vita quotidiana, comprendi intuitivamente come funziona l’entropia ogni volta che versi lo zucchero nel caffè o sciogli un cubetto di ghiaccio in un bicchiere. L’entropia può influenzare lo spazio in cui una sostanza si diffonde, il suo cambiamento di fase da solido a liquido a gas, o la sua posizione. In fisica, l’entropia è una misura matematica di un cambiamento dall’energia potenziale maggiore a quella minore, correlata alla seconda legge della termodinamica.
Entropia deriva da una parola greca che significa “trasformazione”. Questa definizione ci dà un’idea del perché le cose apparentemente si trasformano senza motivo. I sistemi possono mantenere l’organizzazione a livello molecolare solo finché viene aggiunta energia. Ad esempio, l’acqua bolle solo finché tieni una padella sul fuoco. Stai aggiungendo calore, una forma di energia cinetica, per accelerare le molecole nell’acqua. Se la fonte di calore viene rimossa, tutti possiamo immaginare che l’acqua si raffredderà gradualmente fino a raggiungere la temperatura ambiente. Ciò è dovuto all’entropia, perché le molecole d’acqua tendono a consumare la loro energia potenziale accumulata, rilasciano calore e finiscono con un’energia potenziale inferiore.
La temperatura non è l’unica trasformazione coinvolta nell’entropia. I cambiamenti comportano sempre il passaggio dal disequilibrio all’equilibrio, coerentemente con il passaggio all’ordine decrescente. Ad esempio, le molecole si diffondono sempre per riempire uniformemente un contenitore. Quando gocciolamo colorante alimentare in un bicchiere d’acqua limpida, anche se non lo mescoliamo, quella concentrazione unita di una goccia si allargherà gradualmente fino a quando ogni parte dell’acqua avrà la stessa densità di colore.
Un altro tipo di entropia che ha a che fare con il movimento visibile (in contrapposizione al movimento invisibile del calore) riguarda la gravità. A meno che non mettiamo energia in un sistema, come un braccio e una palla, sostenendo un oggetto, questo cade verso il suolo. Una posizione elevata ha un’energia potenziale maggiore. Viene convertito in energia cinetica di movimento quando l’oggetto cade. L’oggetto finisce sempre con la posizione di energia potenziale più bassa possibile, come appoggiato al pavimento.
In termini più tecnici, l’entropia è un valore specifico che misura quanta energia viene rilasciata in un sistema quando si stabilizza nell’energia potenziale più bassa. L’entropia valuta la quantità di disordine, inteso come cambiamento di calore, da un punto precedente a un momento successivo. Ciò deve avvenire in un sistema “chiuso”, dove non vi sono perdite di energia né in entrata né in uscita. In teoria si può misurare, ma in pratica è molto difficile creare uno scenario assolutamente chiuso. Nell’esempio di colorante alimentare sopra riportato, parte della soluzione colorante alimentare potrebbe evaporare, un processo separato dalla distribuzione uniforme di un soluto.