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4/5/2010

Entropía, Entropía, Energía Libre y Equilibrio Capítulo17

Física espontánea y procesos químicos
• Una cascada corre cuesta abajo

• Un terrón de azúcar se disuelve en una taza de café • El agua se congela por debajo de 0 °C • El hielo funde por encima de 0 °C • El calor fluye del objeto caliente al frío • Un gas se expande en un bulbo espontáneo • El hierro expuesto coge moho noespontáneo

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Espontáneo

¿Exotérmico significa espontáneo?
Reacciones espontáneas

No espontáneo

CH4 (g) + 2O2 (g) H+ (ac) + OH- (ac) H2O (s) NH4NO3 (s)
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CO2 (g) + 2H2O (l) H0 = – 890.4 kJ H2O (l) H0 = – 56.2 kJ

H2O (l) H0 = 6.01 kJ
H2O

NH4+(ac) + NO3- (ac) H0 = 25 kJ
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La entropía (S) mide la dispersión o desorden de un sistema.
orden S S = Sf - Si desorden STermodinámica
Las funciones de estado: son propiedades determinadas por la situación del sistema, sin importar cómo se llegó a esa situación. energía, entalpía, presión, volumen, temperatura entropía

Si el cambio en un sistema de un estado inicial a otro final es un aumento en la dispersión o aleatoriedad:
Sf > Si S > 0

Para cualquier sustancia, el estado sólido es más ordenado que elestado líquido y el líquido es más ordenado que el gaseoso:
Ssólido< Sliquido 0
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La energía potencial de los dos excursionistas es la misma aunque tomaron caminos diferentes.

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Sólido

Líquido

¿Cómo cambia la entropía de cada uno de los procesos siguientes?
(a) Condensación de vapor de agua:

Procesos en los que aumenta la entropía (S > 0)

Líquido

Ladispersión disminuye

La entropía disminuye (S < 0)

Disolvente

(b) Formación de cristales de sacarosa de una disolución: La dispersión disminuye La entropía disminuye(S < 0)

Soluto

Disolución

(c) Calentamiento de hidrógeno gaseoso desde 600C a 800C: La dispersión aumenta (d) Sublimación del hielo seco: La dispersión aumenta La entropía aumenta(S > 0)
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La entropía aumenta(S> 0)

Sistema a T1

Sistema a T2 (T2 > T1)
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Primera ley de la termodinámica
La energía se interconvierte de una forma a otra, pero no se crea ni se destruye.

Cambios de entropía en el sistema (Ssis)
La entropía estandar de una reacción (S0rxn) es el cambio de entropía para la reacción a 1 atm y 25 0C. aA+bB S0 = rxn cC+dD

Segunda ley de la termodinámica
La entropía deluniverso aumenta en un proceso espontáneo y permanece inalterada en un proceso en equilibrio. Proceso espontáneo: Suniverso = Ssistema + Salrededores > 0

[ c S0(C) + d S0(D) ] -- [a S0(A) +b S0(B) ]

S0 =  n S0(prods) --  m S0(reacs) rxn

Proceso en equilibrio: Suniverso = Ssistema + Salrededores = 0

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¿Cuál es el cambio en entropía estándar para: 2 CO (g) + O2 (g)
S0(CO) =197.9 J/K•mol S0(CO2)

Guías para cambios en Ssis
Cuando se producen o consumen gases:
• Si una reacción produce más moléculas de gas que las que consume, S0 > 0. Si el número total de moléculas disminuye, S0 < 0. Si no hay cambio neto en el número total de moléculas de gas, entonces S0 puede ser positivo o negativo pero S0 será un número pequeño. ¿Cuál es el signo de S para la reacción:2Zn (s) + O2 (g) 2ZnO (s) ?

2 CO2 (g) ?
= 213.6 J/K•mol

• S0(O2) = 205 0 J/K•mol 205.0 S0 = 2 x S0(CO2) – [2 x S0(CO) + S0 (O2)] rxn S0 = 427.2 – [395.8 + 205.0] = – 173.6 J/K•mol rxn •

El número total de moléculas de gas baja , S es negativo .
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Cambios de entropía en los alrededores (Salred)
S = H T

Tercera ley de la termodinámica
La entropía de unasustancia pura es cero solo si está en estado cristalino perfecto en el cero absoluto de temperatura

Alrededores

Alrededores

Sistema

Calor

Sistema

Calor

Proceso exotérmico Salred > 0

Proceso endotérmico Salred < 0
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Entropía: Resumen
Proceso espontáneo: Suniv = Ssis + Salred > 0 Proceso en equilibrio: Suniv = Ssis + Salred = 0

La energía libre de...
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