SEGUNDO PRINCIPIO: ENTROPÍA, Apuntes de Biofísica

¡Descarga SEGUNDO PRINCIPIO: ENTROPÍA y más Apuntes en PDF de Biofísica solo en Docsity! 5.1 Dirección del cambio espontáneo. 5.2 Segundo Principio: Entropía. 5.3 Variación de la Entropía en procesos reversibles e irreversibles. 5.4 Tercer principio de la Termodinámica. 5.5 Cálculo de entropías absolutas a partir de datos de capacidad calorífica Gemma Montalvo García Competencias Específicas  Capacidad para relacionar los principios y conceptos termodinámicos con el comportamiento macroscópico de los sistemas en equilibrio.  Conocer e identificar magnitudes termodinámicas: S  Capacidad de interpretar ecuaciones y su adecuación a los condiciones de los sistemas farmacéuticos en estudio Gemma Montalvo García rev 2 1 q S S S T       2 1 (propiedad extensiva, [J/K]) Significado de la entrópía: Disipación de energía que se transfiere como calor en un proceso REVERSIBLE “La entropía del universo (sistema aislado) aumenta en un proceso espontáneo (irreversible) y permanece inalterada en un proceso de equilibrio (reversible). 5.2. SEGUNDO PRINCIPIO: ENTROPÍA 0UNIVS  0UNIVS  La energía se conserva (1er Princiipio) pero es permanentemente degradada (2º Principio) La entropía es una medidad de la cantidad de energía que NO es posible convertir en trabajo. Gemma Montalvo García Entropía del UNIVERSO en sistemas aislado y NO aislado Para sistema aislado Cualquier proceso deja a los alrededores sin modificación alguna SENT = 0   SUNIV =  SSIST Para sistema NO aislado Hay que tener en cuenta la variación de entropía del sistema y la de los alrededores. Gemma Montalvo García sistema aislado sistema NO aislado Proceso reversible  SSIST = 0  SUNIV =  SSIST+  SENT = 0 Proceso irreversible  SSIST > 0  SUNIV =  SSIST+  SENT > 0 Relación de entropía del entrono y el sistema ENT,rev ENT SIST ENT q q q dS T T T        SIST ENT dH dS T  SIST,p SISTq dH  Entornos grandes p, T = ctes. UNIV SIST ENTdS dS dS  Sistema cerrado, p y T = ctes, sólo trabajo pV Gemma Montalvo García  dU TdS pdV                  V S U U dU dS dV S V         V U T S S U p V           Definción de T (concepto de la “Ley Cero”) expresada en función de los cambios de energía interna (1ª Ley) y entropía (2ª Ley), en un sistema cerrado a V=cte Relación entre propiedades Termodinámicas, U y S U=U(S,V) Gemma Montalvo García W = 1 W = 4 W = 6 W = número de microestados S = kB ln W S = Sf - Si S = kB ln Wf Wi Wf > Wi entonces S > 0 Wf < Wi entonces S < 0 Interpretación molecular de la Entropía Distribución Microestados Gemma Montalvo García 5.3. VARIACIÓN DE LA ENTROPÍA EN PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES (En sistemas cerrados) Si el proceso fuera irreversible, y dado que S es función de estado, se puede calcular S escogiendo convenientemente un proceso reversible que una los mismos estados inicial y final. 0 q dS T    rev irrev 0dS  0dS  Gemma Montalvo García pi = pf = pext; dp = 0 Proceso Isobárico Mediante paredes móviles 2 2 1 1 2 1                 , , ln T T rev p P SIST P T T rev p q C dT T S C T T T q dH (para Cp constante) Variación de entropía en sistemas cerrados, proceso reversible o irreversible REVERSIBLE e IRREVERSIBLE Proceso Isócoro V2 = V1 dV=0 Mediante paredes rígidas 2 2 1 1 2 1                 , , ln T T rev V V SIST V T T rev V q C dT T S C T T T q dU (para CV constante) REVERSIBLE e IRREVERSIBLE Gemma Montalvo García Proceso Isotermo Variación de entropía en sistemas cerrados Proceso Isotérmico mediante paredes diatérmicas T2 = T1 dT=0        rev rev SIST rev q q1 q T T T S SÓLO REVERSIBLE REVERSIBLE e IRREVERSIBLE Variación de entropía en sistemas cerrados, proceso r versible o irr versible Proceso Adiabático q = 0 mediante paredes adiabáticas     rev SIST q 0 T S Gemma Montalvo García proceso adiabático (q=0) ¡¡¡PORQUE SE LLEGA A ESTADOS FINALES DISTINTOS!!! Para resolverlo: como S es función de estado imaginamos procesos REVERSIBLES que unan los MISMOS estados inicial y final que en el proceso irreversible rev irev ¿CÓMO es posible si S ES FUNCIÓN DE ESTADO? Gemma Montalvo García Podemos tabular entropías absolutas       T rev 0 q S S(T) S(0K) S(T) T Consecuencias del tercer principio Proporciona un origen de entropías (arbitrario, pero justificado por la interpretación molecular de la S) S(0K) 0 Cuando T 0, la capacidad calorífica de una sustancia debe tender a cero (p=cte)     T T prev 0 0 C dTq S(T) T T Gemma Montalvo García           f e f e T T Tp,sol p,liq vap p,vapfus 2 0K T T f f e C (T) C (T) H C (T)H S(T) S(0K) dT dT dT S T T T T T S absoluta S, área bajo la curva 5.5. CÁLCULOS DE ENTROPÍAS ABSOLUTAS PARTIR DE DATOS EXPERIMENTALES de Cp  3pC aT Gemma Montalvo García 0 0 0 , , , ,( ) ( )r i i m T i i m T i i S S prod S react     Entropía estándar de reacción (rS 0 ) es el cambio de entropía para una reacción que ocurre a p = 1 bar. Variación de entropía de una reacción Entropía molar estándar ( ), es el aumento de S de un mol de sustancia en su estado estándar, al calentarla desde 0 K a la termperatura de interés. 0 ,m TS 0 0 0 0 0 0 , ,0 , 0 0; f m f m f m m T m m T H S S S S S         Gemma Montalvo García Bibliografía recomendada  Levine, I.N.; Química Física, 5ª Ed., McGraw-Hill, 2002.  Atkins, P.; de Paula, J.; Química Física, 8ª Ed., Editorial Médica Panamericana, 2008  Rodriguez Renuncio, , J.A.; Ruiz Sánchez, J.J.; Urieta Navarro, J. S.; Termodinámica Química. Editorial Síntesis., 2ª Ed., Madrid, 2000  Sanz Pedrero (Coord.), Fisicoquímica para Farmacia y Biológia, Masson-Salvar Medicina, 1992  Engel, T.; Reid, P.; Química Física, Pearson, Madrid, 2006  Chang, R.; Química, McGraw Hill, 9ª Ed., China, 2007 El que no posee el don de maravillarse ni de entusiasmarse más le valdría estar muerto, porque sus ojos están cerrados Albert Einstein