Entropía, segunda ley de la termodinámica.

Transcripción

1 Entropía, segunda ley de la terodináica. rocesos físicos y quíicos espontáneos hysical heistry, Atkins, De aula. Novena Edición. Los procesos (cabios) espontáneos son acopañados por una dispersión caótica de la energía. hysical heistry, Atkins, De aula. Novena Edición. Nunca se ha observado este proceso.

2 Entropía y segunda ley de la terodináica. La egunda ley de la erodináica redice la espontaneidad terodináica de un proceso posibilidad de que un proceso ocurra, independienteente del tiepo espontáneos ROEO no espontáneos ocurren trabajo no ocurren iclo de arnot q q w hysical heistry, Atkins, De aula. Novena Edición.

3 Expansión isotérica ε q + h q q h c h h c opresión adiabática Expansión adiabática opresión isotérica hysical heistry, Atkins, De aula. Novena Edición. q ciclo q + q 3 w ciclo w + w + w 3 + w 4 U ciclo 0 q ciclo -w ciclo iclo de arnot y enunciados de la segunda ley de la terodináica ara un sistea que sufre un proceso cíclico, es iposible que el único efecto sea el flujo de calor hacia el sistea desde un reservorio frío y el flujo de una cantidad equivalente de calor hacia un reservorio caliente. (lausius) hysical heistry, Atkins, De aula. Novena Edición. Es iposible que un sistea sufra un proceso cíclico cuyo único efecto sea el flujo de calor hacia el sistea procedente de un reservorio caliente y que el sistea efectúe una cantidad equivalente de trabajo sobre el entorno. (Kelvin-lanck) 3

4 La entropía es adecuada para deterinar la dirección natural de un proceso? h d dq h dq c d dq dq dq > 0 c h c du dq d du d d d q La energía se conserva, la entropía siepre auenta. r ext dq q r ( ) d > 0 g ext g Desigualdad de lausius d u d sist + dedio d dq 0 0 En un sistea aislado, si ocurre un cabio espontáneo, éste estará asociado a un auento en la entropía del sistea. riterio de espontaneidad Qué deterina la dirección de un proceso espontáneo? ENROÍA 4

5 LA ENROÍA E FUNIÓN DE EADO Definición erodináica de la Entropía dq d rev Es una función de estado dq rev dq r 0 hysical heistry, Atkins, De aula. Novena Edición. La inversa de la es el factor de integración que convierte calor (diferencial inexacta) en entropía (diferencial exacta). U > 0 U 0 IRREERIBLE REERIBLE U 0 ENUNIADO DE LA EGUNDA LEY DE LA ERMODINÁMIA La entropía de un sistea aislado auenta en un proceso irreversible y peranece constante en un proceso reversible. 5

6 La entropía La función entropía perite predecir la dirección en que ocurren los procesos naturales. dq d r La respuesta al problea se obtiene calculando del sistea y del edio. + La entropía en un sistea aislado se axiiza en el equilibrio. La definición y el concepto de entropía () son las bases de la egunda ley de la erodináica La entropía refleja el desorden y la aleatoriedad del oviiento olecular u sist álculo de cabios de entropía ara el sistea que experienta un proceso A f - i irreversible B reversible ara el sistea y su entorno U s + irreversible reversible U > 0 U 0 s - 6

7 7 d d d + d d d + f (n,,) f (n,,) d d d + d d d Gases ideales procesos Isotéricos Isocóricos Isobáricos roceso isotérico ) ln( nr nrd dq rev s dq rev roceso isocórico ln( ),,, n d n d n v v v roceso isobárico ln( ),,, n d n d n p p p

8 abio de entropía en los cabios de estado roceso reversible trans trans H / trans ara la fusión de un sólido f l - s f H / f roceso irreversible ara el cálculo suar los cabios de entropía de etapas reversibles que peritan llevar al sistea desde el estado inicial al final. Las entropías absolutas. La ercera Ley de la erodináica. eorea del calor de Nernst ( 0 para 0) La variación de entropía de las transforaciones físicas o quíicas tiende a cero cuando la teperatura tiende a cero. iepre que todas las sustancias sean perfectaente cristalinas. onvención arbitraria La entropía de los eleentos en su estado cristalino perfecto es cero a 0 K. ercera Ley de la erodináica La entropía de todas cristalinas es cero a 0. las sustancias perfectaente 8

9 abios de entropía con la teperatura 0K 0 d ln + entropías de los cabios de fase para llegar de 0 K a 0K 0 cuando 0 p a 3 (Extrapolación de Debye) álculo de entropía según la tercera ley La entropía de una sistea a teperatura se puede relacionar con la entropía a 0. ( ) (0) + f ( s) d H f eb H eb p fus p vap f ( l) d eb p( g) d hysical heistry, Atkins, De aula. Novena Edición. 9

10 Entropías estándar según la tercera ley ustancia ólidos Grafito Diaante Yodo Líquidos Benceno Agua Mercurio Gases Metano Dióxido de carbono Hidrógeno Helio o (J/ K ol) oparación de valores de f Hº y º 0 K 98K (tablas) eleentos f Hº 0 º 0 f Hº 0 º 0 convención 3ra ley convención entropías 3ra ley copuestos f Hº 0 0 f Hº 0 º 0 convención 3ra ley entropías 3ra ley 0

11 El cabio de entropía en las reacciones quíicas Reacción A + B 3 + D r º 3 + D ( A + B ) r º Σ productos Σ reactivos Reacciones quíicas en fase gaseosa (J/K ol prod) H (g) + O (g) H O(g) 88.9 N O 4 (g) NO (g) n >0, el cabio de entropía ( ) es positivo n <0, el cabio de entropía ( ) es negativo. u sist. + edio u r - r H/ d d r p () Es válida si no ocurren cabios de fase en ese intervalo de.

12 BIBLIOGRAFÍA -QUÍMIA FÍIA,. Atkins, J. de aula. Editorial Médica anaericana (008) -HYIAL HEMIRY,.W. Atkins. ixth Edition. Oxford University ress. (.998). - FIIOQUÍMIA, David W. Ball. hoson.(004) - FIIOQUÍMIA, Keith J. Laidler, John H. Meiser. EA. (005) -QUÍMIA FÍIA, hoas Engel, hilip Reid. earson Educación.A. (006) -HYIAL HEMIRY, Atkins, De aula. Oxford University ress. Ninth Edition.(00)