Aplicación de la tercera ley de la termodinámica.

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Entropía y Orden.- A pesar de la identificación entre la entropía y el desorden, hay muchas transiciones de fase en la que emerge una fase ordenada y al mismo tiempo, la entropía aumenta. Podemos verlo en la segregación de una mezcla tipo coloide, por ejemplo cuando el agua y aceite tienden a separarse. También en la cristalización de esferas duras: cuando agitamos naranjas en un cesto, éstas se ordenan de forma espontánea. De estos casos se deduce el concepto de fuerza entrópica o interacción, muy útil en la ciencia de polímeros o ciencia coloidal.

De acuerdo con Ilya Prigogine, la producción de entropía contiene siempre dos elementos dialécticos: un elemento creador de desorden, pero también un elemento creador de orden. Y los dos están siempre ligados". Prigogine ejemplifica esta afirmación con el caso de un sistema compuesto de dos cajas comunicantes que contienen una mezcla de nitrógeno e hidrógeno. Si la temperatura del sistema es homogénea, también lo será la distribución del hidrógeno y el nitrógeno, pero si se somete al sistema a una constricción térmica se genera una disipación, un aumento de la entropía, pero también del orden, ya que el hidrógeno predominará en una de las cajas y el nitrógeno en la otra (fenómeno de anti difusión)

Tercera ley de la termodinámica.- El tercer principio de la termodinámica o tercera ley de la termodinámica, más adecuadamente Postulado de Nernst afirma que no se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas. Sucintamente, puede definirse como:

- al llegar al cero absoluto, 0 K, cualquier proceso de un sistema físico se detiene.

- al llegar al cero absoluto la entropía alcanza un valor mínimo y constante.

En términos simples, la tercera ley3 indica que la entropía de una sustancia pura y cristalina en el cero absoluto es nula. Por consiguiente, la tercera ley provee de un punto de referencia absoluto para la determinación de la entropía. La entropía relativa a este punto es la entropía absoluta.

Un caso especial se produce en los sistemas con un único estado fundamental, como una estructura cristalina. La entropía de un cristal perfecto definida por el teorema de Nernst es cero (dado que el log (1) = 0). Sin embargo, esto desestima el hecho de que los cristales reales deben crecer en una temperatura finita y poseer una concentración de equilibrio por defecto. Cuando se enfrían generalmente son incapaces de alcanzar la perfección completa. Esto, por supuesto, se mantiene en la línea de que la entropía tiende siempre a aumentar dado que ningún proceso real es reversible.

Proceso termodinámico.- Los cambios de entropía de un sistema pueden ocurrir debido a proceso físico y a procesos químicos, esto corrobora la tercera ley de la termodinámica.

Termodinámicamente se observa:

- Una transferencia de calor de un cuerpo caliente a un cuerpo o sustancia fría, hasta alcanzar una temperatura de equilibrio.

- Mientras la masa de hielo aumenta en entropía por ganar una determinada cantidad de calor, la masa de agua líquida disminuye en entropía por disminuir su temperatura.

- La masa de hielo se desordena molecularmente, mientras la masa de agua líquida se ordena molecularmente.

Este análisis termodinámico, se verifica por las siguientes ecuaciones termodinámicas:

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Siempre y cuando el sistema sea de perfecto aislamiento y que ocurra a presión constante.

Las transformaciones físicas en el sistema a presión constante son:

Para el hielo:

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Para el agua líquida:

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El cambio de entropía total en el sistema es:

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Para la temperatura de equilibrio teórica del sistema se procede de la siguiente manera, considerando la siguiente ecuación:

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