Segunda ley de la termodinámica
Esta ley nos plantea que el
sentido natural de las reacciones químicas en el universo es aquel en el que
exista un aumento del desorden. Es decir, una reacción química tenderá a ser espontánea
(ocurre por si sola en las condiciones actuales) cuando lleve a un aumento del
desorden del sistema.
Para interpretar esta ley, se
propone una segunda magnitud termodinámica, la entropía “S”.
Entropía
La entropía es una magnitud que
nos permite expresar el desorden del sistema y del universo. A mayor entropía,
mayor desorden, y por lo tanto, a menor entropía, menor desorden.
Es una función de estado, por lo
que puede determinarse una variación de entropía (ΔS) a partir de las
condiciones iniciales y finales: ΔS=Sf-Si .
Además, es una propiedad extensiva,
por lo que al determinar ΔS de una reacción química, su valor dependerá de la
forma en que se haya balanceado.
Factores que influyen en los cambios de entropía
·
Estado de agregación de las sustancias:
La distancia
entre las partículas de una sustancia cambia al cambiar el estado en el que se
encuentra. Así, en estado sólido, las sustancias tienen las partículas muy
unidas entre sí, mientras que en el estado líquido las partículas tienden a
separarse un poco. Ya en el estado gaseoso, las partículas se encuentran muy
separadas entre sí.
En este sentido
la entropía varía al cambiar el estado de agregación. El estado sólido tiene la
menor entropía, y el gas tiene la mayor.
·
Efecto de la temperatura (sin cambiar de estado):
La entropía del
sistema es proporcional a la temperatura. Cuando se aumenta la temperatura del
sistema, aumenta la agitación térmica de las partículas, por lo que estas tienden
a desordenarse. Al disminuir la temperatura, también disminuye el desorden, ya
que las partículas tienden a ordenarse.
·
Cantidad de sustancia:
Al ser una propiedad
extensiva, depende de la cantidad de sustancia involucrada. Mientras mayor sea
la cantidad de sustancia, mayor será la entropía. Mientras menor la cantidad de
sustancia, menor la entropía.
·
Tamaño de la partícula.
Las partículas de mayor
tamaño ocupan más espacio, por lo que generan un mayor desorden y por lo tanto
mayor entropía. Las partículas de menor mtamaño tendrán menor entropía.
Ejemplo:
De cada
par, elije la muestra de materia que tiene la entropía más elevada y explica tu
elección.
a.
1mol de NaCl(s) o 1mol de HCl(g).
b.
2mol de HCl(g) o 1mol de HCl(g).
c.
1mol de HCl(g) o un mol de Ar(g).
d.
1mol de H2(g) a 25°C y 0,5atm o
1mol de H2(g) a 100°C y 0,5atm.
e.
1mol de H2O(s) a 0°C o
1mol de H2O(l) a 25°C.
Para resolver el ejercicio, en
cada par se deben analizar, en este orden:
1. El
estado de agregación de las especies involucradas.
2. Cantidad
de sustancia involucrada en cada muestra.
3. Temperatura
de cada una de las opciones.
4. Tamaño
de las partículas involucradas.
Si se detecta una diferencia en el
punto 1. no es necesario continuar analizando los siguientes puntos ya que son
menos importantes.
a.
1mol de NaCl(s) o 1mol de HCl(g).
NaCl está en estado sólido,
mientras que el HCl se encuentra gaseoso. Por lo que el HCl tendrá mayor
entropía (solo se observó el punto 1. el estado de agregación).
b.
2mol de HCl(g) o 1mol de
HCl(g).
En este caso ambas especies se
encuentran en estado gaseoso, por lo que debemos analizar el segundo punto
(cantidad de sustancia). En este caso 2 moles de HCl tendrán mayor entropía por
ser más cantidad de sustancia que 1 mol de HCl.
c.
1mol de HCl(g) o un mol
de Ar(g).
Ambas sustancias son gases, además
se encuentran en la misma cantidad. Como no se indica la temperatura de las
muestras se asume que es la misma para las dos. Por lo tanto la diferencia va a
estar en el tamaño de las partículas (punto 4.). En este caso HCl está formado
por dos átomos, mientras que Ar está formado por solo 1. HCl tendrá más
entropía.
d.
1mol de H2(g) a 25°C y 0,5atm o 1mol de H2(g) a 100°C y 0,5atm.
En el caso d. la diferencia se
encuentra en que la primera muestra está a 25°C, mientras que la segunda está a
100°C. La que se encuentra a mayor temperatura (100°C) tendrá mayor entropía.
e.
1mol de H2O(s) a 0°C o 1mol de H2O(l) a 25°C.
En este caso, al analizar los
estados de agregación, notamos que una de las muestras de agua es sólida,
mientras que la otra es líquida. La muestra líquida de agua tendrá la mayor
entropía.
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