ENTRIOPIA, ENERGÍA LIBRE Y EQUILIBRIO

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Entropías molares estándares a 25 °C

Gases Sm°

Líquidos Sm°

Solidos Sm°

Amoniaco 192.4

Dióxido de Carbono 213.7

Hidrogeno 130.7

Nitrógenos 191.6

Oxigeno 205.1

Benceno 173.3

Etanol 160.7

Agua 69.9

Oxido de Calcio 39.8

Carbonato de calcio 92.9

Diamante 2.4

Grafito 5.7

Plomo 64.8

- La entropía y la segunda ley de la termodinámica

A semejanza de la temperatura que se introduce a partir de la Ley Cero de la Termodinámica y la energía cuya definición se establece a partir de la Primera Ley, la definición de entropía se obtiene partiendo de la Segunda Ley. La primera ley emplea la energía para identificar los cambios que pueden efectuarse (aquellos en los que la energía total del sistema más sus alrededores permanece constante). La segunda ley se vale de la entropía para establecer cuáles de estos cambios son naturales y espontáneos. Se entiende por espontáneos aquellos procesos que están impulsados por una fuerza directora, que es la que tiende a que el proceso tenga lugar. Así por ejemplo, un cuerpo caliente se enfría hasta alcanzar la temperatura de sus alrededores como consecuencia del diferencial finito de temperatura existente, pero no se calienta espontáneamente a expensas de los alrededores; un gas se expande y llena el volumen disponible, producto de la diferencia de concentración del gas en el espacio, pero no se contrae espontáneamente. Dichos procesos espontáneos no están equilibrados y son irreversibles (los procesos irreversibles son aquellos que una vez que han ocurrido, no pueden invertirse por sí solos de modo espontáneo y regresar al sistema a su estado inicial). Clausius lo expresó en su famosa sentencia: “la energía del universo es constante; la entropía tiende a lograr un valor máximo”. Dado que todos los procesos naturales son espontáneos, éstos deben producirse con aumento de entropía, y, por consiguiente, la suma total de entropía del universo debe crecer continuamente. El estudio de esta afirmación ha conducido a diversos estudios filosóficos y religiosos como, por ejemplo, la idea del astrónomo y físico británico Sir Arthur Eddington de que “la entropía es la flecha del tiempo” (para un sistema aislado, dS/dt > 0, lo que implica que la segunda ley no es simétrica con respecto al tiempo, sino que considera la dirección en la cual éste aumenta) o la interpretación del fin del mundo como una lenta y progresiva muerte térmica (la entropía del universo está en continuo aumento, por consiguiente cada vez hay más energía inservible para convertirla en trabajo, al final no habrá energía disponible para producir trabajo, la entropía del universo alcanzará un máximo y todos los procesos, incluso la vida, cesarán). Esta temática ha sido abordada inclusive por escritores de ciencia-ficción como el estadounidense Isaac Asimov en su obra “The Last Question”[pic 22]

- Entropías estándares de reacción

La entropía también se puede utilizar para medir la dirección natural de una reacción. Sin embargo no solo la entropía de reacción cambia sino también cambia la entropía del entorno a medida de que ingresa o libera calor producido o absorbido por la reacción, esto afecta a la dirección de la reacción.

Si la reacción es exotérmica, el calor se libera en el entorno y su entropía aumenta () si la reacción es endodérmica el calor abandona el entorno de modo que la entropía disminuye ().[pic 23][pic 24]

También se puede decir que un incremento neto de la cantidad de gas suele dar como resultado una cambio positivo en la entropía en inversamente una consumo de gas suele dar una cambio negativo en la entropía

Ahora para calcular el cambio de la entropía que acompaña a una reacción es necesario conocer las entropías molares de todas las sustancias que participan, luego se calcula con la diferencia de la sumatoria de las entropías de los productos menos la de los reactantes, más específicamente la entropía estándar de reacción que quedaría definida de la siguiente manera:

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El primer término indica la entropía molar estándar, n significa la cantidad de cada sustancia en la ecuación química, siempre que la temperatura de interés sea 25° C podemos utilizar los valores del cuadro de entropías molares

Ejemplo

Calcular la entropía estándar de reacción de a 25° C.[pic 26]

Sol

Para encontrar el valor numérico se utiliza la ecuación química para escribir una expresión y luego se sustituye por los valores del cuadro de entropías molares.

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Dado que es negativo, el producto se encuentra menos denso que los reactantes, si esta es positiva existe una producción neta de gas pero en cambio si es negativa existe una condensación de gas.[pic 29]

Entorno

El sistema de interés y su entorno constituyen un sistema aislado al cual hace referencia la segunda ley

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Un ejemplo conocido del papel que desempeña el entorno en la determinación de la dirección espontanea de un proceso es la congelación del agua. Con los datos del cuadro de entropías molares se puede observar que a 0° C la entropía molar del agua es 22.0 más alta que la del hielo a la misma temperatura. Se deduce que cuando el agua se congela a 0°C, su entropía disminuye 22.0 . Aunque las entropías de las sustancias aumentan a medida que incrementa la temperatura, lo hacen en casi la misma proporción, de modo que los cambios en la entropía para una transición de fase o una reaccio0n química no