Segunda Ley de la Termodinámica: Entropía y Procesos Espontáneos, Diapositivas de Fisicoquímica

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FISICOQUIMICA

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE ING° INDUSTRIAL

PROCESOS NATURALES O ESPONTÁNEOS

¿Cuando una reacción es espontanea?

Todos los procesos de la naturaleza tienden a cambiar espontáneamente en una dirección que conduzca al equilibrio. Estos ejemplos muestran que los procesos que ocurren en forma espontánea en una dirección no pueden ocurrir de manera espontánea en la dirección opuesta bajo las mismas condiciones.

¿Dónde hay mayor entropía?

La segunda ley de la termodinámica define las condiciones en las cuales se efectúan los procesos. La segunda ley de la termodinámica afirma que la entropía del universo se incrementa en un proceso espontáneo y permanece inalterable en un proceso en equilibrio.

La gran importancia de la entropía es que para que un proceso A  B se produzca de manera espontánea; es necesario que la entropía total del sistema y los alrededores aumente. La entropía mide la probabilidad de que un proceso que ocurra espontáneamente incluya un cambio de estado de baja probabilidad a otro de probabilidad más alta.

La función entropía permite predecir la dirección en que ocurren los procesos naturales La respuesta al problema se obtiene calculando S del sistema y del medio dS = dq r T S u

= S

sis

+ S

m La entropía en un sistema aislado se maximiza en el equilibrio

Enunciados de la segunda ley de la termodinámica

Es imposible que un sistema realice un proceso cíclico cuyos únicos efectos sean el flujo de calor desde una fuente de calor al sistema, y la realización por el sistema de una cantidad de trabajo equivalente sobre el entorno. Kelvin - Planck Es imposible que un sistema realice un proceso cíclico cuyos únicos efectos sean el flujo de calor hacia el sistema desde una fuente fría y el flujo de una cantidad igual de calor desde el sistema hacia una fuente caliente. Clausius

Debido a que el universo está constituido por el sistema y su entorno, el cambio de entropía del universo (ΔS univ ) en cualquier proceso es la suma de los cambios de entropía del sistema (ΔS sist ) y de sus alrededores (ΔS alred

Matemáticamente, la segunda ley de la termodinámica se puede expresar como sigue: La entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso que se encuentra en equilibrio.

Cambios de entropía en el sistema Para calcular Δ S univ necesitamos conocer tanto Δ S sist como Δ S alred

. Aquí analizaremos primero Δ S sist . Suponga que el sistema esta representado a partir de la siguiente reacción: a A + b B c C + d D

La entropía estándar de una reacción ΔS° reacción esta dada por la diferencia en entropías estándar entre productos y reactivos: Δ S ° reaccion = [ cS °(C) + dS °(D)] – [ aS °(A) + bS °(B)] o, en general, utilizando Σ para representar la sumatoria y m y n para los coeficientes estequiométricos de la reacción, Δ S °reaccion = Σ nS °(productos) – Σ mS °(reactivos)

Sustancia S° J / mol °K CaCO 3 (s) 92, CaO (s) 39, CO 2 (g) 213, N 2 (g) 191, H 2 (g) 131, NH 3 (g) 193, Cl 2 (g) 223, HCl (g) 187,

Todo esto lleva a establecer las siguientes reglas generales:

• (^) Si una reacción produce mas moléculas de gas que las que consume, Δ S ° es positivo.
• (^) Si el numero total de moléculas de gas disminuye, Δ S ° es negativo.
• (^) Si no hay cambio neto en el número total de moléculas del gas, entonces Δ S ° puede ser positivo o negativo, pero su valor numérico será relativamente pequeño.