SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Muchos procesos en la naturaleza son espontáneos. Por ejemplo , los gases se expanden espontáneamente para ocupar todo el espacio disponible, un huevo que cae se rompe, el NaCl se disuelve fácilmente en agua.
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¿Qué tienen en común estos procesos? LOS PRODUCTOS SE ENCUENTRAN EN UN ESTADO MÁS ALEATORIO O DESORDENADO QUE LOS REACTIVOS. Este DESORDEN se expresa por medio de una cantidad termodinámica llamada ENTROPÍA representado por Δ S.
Cuanto más desordenado es un sistema mayor es su entropía.
Analiza los siguientes casos:
En todos los casos aumenta el desorden, por tanto:
En caso contrario, si disminuyera el desorden Δ S < 0
Se espera que la entropía de un sistema aumente si:
1) Se forman líquidos o soluciones a partir de sólidos
2)Se forman gases a partir de sólidos o líquidos
3) El número de moles de gas aumenta durante una reacción química
4) La temperatura de una sistema aumenta
Ejemplo: Predice si el cambio de entropía des sistema en cada una de las reacciones siguientes es positivo o negativo:
a) CaCO3 (s) ---> CaO (s) + CO2 (g)
b) N2(g) + 3H2(g) ---> 2NH3 (g)
c) N2(g) + O2 (g) ---> 2NO (g)
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA:
La entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso en equilibrio.
Cálculo de cambios de entropía.
Se han calculado experimentalmente los valores de la entropía molar de las substancias químicas y al igual que la entalpía, la entropía de un sistema se puede calcular con la siguiente realación:
Δ S° = nS°productos - nS° reactivos
Ejemplo:
Calcula Δ S° para la síntesis del amoniaco: N2 (g) + 3H2(g ) ---> 2NH3 (g) si sabemos que S° para el N2, H2 y NH3 son respectivamente tienen valor de 191.5, 130.6 y 192.5 J / mol K
R = -198.3 J/mol (¿por qué es negativo?)
ENERGÍA LIBRE DE GIBBS
¿Hay alguna forma para usar Δ H y Δ S para predecir si una reacción es espontánea?
El matemático J.W. Gibbs (1839 - 1903) propuso una función de estado que se define como:
Δ G° = Δ H° - TΔ S°
donde T es la temperatura absoluta del sistema.
Si no fuera por el efecto de la entropía todas las reacciones exotérmicas (Δ H negativo) serían espontáneas. La contribución de -TΔ S puede aumentar o disminuir la tendencia de la reacción a llevarse a cabo espontáneamente.
Si ΔG° es positiva la reacción es NO ESPONTÁNEA
Si ΔG° es negativa la reacción es ESPONTÁNEA
Ejemplo: Calcula el Δ G° a 500°C de la reacción N2 (g) + 3H2(g ) ---> 2NH3 (g) si Δ H° y Δ S° no cambian con la temparatura. Concluye. R = 61 kJ
Datos: ΔHf (Kj/mol) S° Kj/mol
N2 0 0.153
H2 0 0.114
NH3 -46.19 0.192
