La Dirección del Cambio Químico: Espontaneidad y Segundo Principio de la Termodinámica, Apuntes de Química

¡Descarga La Dirección del Cambio Químico: Espontaneidad y Segundo Principio de la Termodinámica y más Apuntes en PDF de Química solo en Docsity! Tema 2. La dirección del cambio químico Índice: 1. Espontaneidad. Necesidad de una segunda ley. 2. Segundo principio de la termodinámica. Entropía. 3. Cálculo de entropía. 4. Interpretación molecular de la entropía. 5. Entropías absolutas. Tercer principio de la termodinámica. 6. Variación de la entropía de reacción con la temperatura. 7. Energía de Gibbs. Espontaneidad. Necesidad de una segunda ley Un cambio espontáneo es aquel que tiende a ocurrir sin necesidad de ser impulsado por una influencia externa. Primeras explicaciones: En muchos procesos espontáneos la energía disminuye. La dirección del cambio químico espontáneo es aquella en la que disminuye la entalpía del sistema. Sin embargo, no podemos afirmar que todas las reacciones exotérmicas son espontáneas, puesto que también hay reacciones endotérmicas que son espontáneas (Ej: fusión del hielo). Segundo principio de la termodinámica. Entropía El primer principio nos hablaba de la energía interna (U), mientras que el segundo nos habla de la entropía (S). ∆𝑆 = 𝑆 − 𝑆 = 𝑑𝑞 𝑇 La entropía (S) es una función de estado y una propiedad extensiva. Sus unidades son 𝐽 · 𝐾 . Segundo principio de la termodinámica:  En todo proceso reversible, la entropía del universo permanece constante. ∆𝑆 = ∆𝑆 + ∆𝑆 = 0  En todo proceso irreversible, la entropía del universo aumenta. ∆𝑆 = ∆𝑆 + ∆𝑆 > 0 Un proceso será espontáneo si ∆𝑆 > 0. Caso particular: sistema aislado Cualquier proceso deja a los alrededores sin modificación alguna. ∆𝑆 = 0 → ∆𝑆 = ∆𝑆 Si el sistema no está aislado hay que tener en cuenta la variación de entropía del sistema y la de los alrededores. En un proceso espontáneo aumenta la 𝑆 . La entropía puede considerarse como una medida del desorden. ∆𝑆 = ∆𝑆 (< 0) + ∆𝑆 (> 0) > 0 Cálculos de entropía Expansión isoterma reversible de un gas ideal: ∆𝑆 = 𝑑𝑞 𝑇 . ⎯⎯⎯ ∆𝑆 = 1 𝑇 𝑑𝑞 = 𝑞 𝑇 𝑤 = −𝑛𝑅𝑇 ln 𝑉 𝑉 ∆𝑈 = 0 (gas ideal y T = cte. ) Expansión isoterma irreversible de un gas ideal: Como S es función de estado, ∆𝑆 = 𝑛𝑅 ln 𝑉 𝑉 Cambio de fase: ∆ 𝑆 = ∆ 𝐻 𝑇 En una vaporización (de líquido a gas), ∆ 𝑆 = ∆ 𝐻 𝑇 > 0 Donde ∆ 𝐻 > 0 y 𝑇 > 0. Interpretación molecular de la entropía Un sistema puede describirse de dos formas:  Macroscópicamente (P, V, T).  Microscópicamente (posición, velocidad…) Con un estado macroscópico hay muchos estados microscópicos compatibles. La entropía es una medida del número de estados microscópicos asociados con un estado macroscópico determinado. Un sistema desordenado es más probable que uno ordenado porque tiene más estados microscópicos disponibles. La entropía tiene una tendencia natural a aumentar dado que corresponde al cambio de condiciones de baja probabilidad a estados de probabilidad mayor. ∆𝑈 = 0 = 𝑞 + 𝑤 𝑞 = 𝑛𝑅𝑇 ln 𝑉 𝑉 ∆𝑆 = 𝑛𝑅 ln 𝑉 𝑉