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ENTROPÍA DE UN SISTEMA QUÍMICO. ENERGÍA LIBRE DE GIBBS Y ESPONTANEIDAD DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. RELACIÓN ENTRE LA VARIACIÓN DE LA ENERGÍA LIBRE Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO

11.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 2-

ENTROPÍA DE UN SISTEMA QUÍMICO.......................................... 2 Concepto de entropía. ..........................................................................2 Entropía de laexpansión isotérmica de un gas ideal. .........................3 Dependencia de la entropía respecto de la temperatura.....................5 Interpretación molecular de la entropía..............................................6 Las entropías absolutas y la tercera ley...............................................6 Entropías de reacciones químicas........................................................7ENERGÍA LIBRE DE GIBBS Y ESPONTANEIDAD DE LAS

REACCIONES QUÍMICAS. ................................................................................ 7 2.1 2.2 3Energía libre estándar..........................................................................8 Energía libre de formación estándar. ..................................................8 RELACIÓN ENTRE LA VARIACIÓN DE LA ENERGÍA LIBRE YEL

EQUILIBRIO QUÍMICO ...................................................................................... 9

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1- ENTROPÍA DE UN SISTEMA QUÍMICO. 1.1 Concepto de entropía. No es de extrañar que cuando se ponen en contacto un cuerpo frío y otro caliente, el frío comienza a calentarse y el caliente a enfriarse existiendo un flujo de energía (calor) delmás caliente al más frío. Tampoco nos parece raro que si tenemos encerrado en un émbolo un gas a una cierta temperatura, al ceder la fuerza sobre éste, el gas se expansiona enfriándose. Son procesos simples, fáciles de realizar pero tienen una particularidad: no se ha observado jamás que se den en sentido inverso, es decir, que pase energía del cuerpo más frío al más caliente o que el gas secontraiga aumentando su temperatura. Y ninguno de los procesos viola el primer principio de la termodinámica o dicho de otra manera, la conservación de la energía. Esto evidencia la necesidad de buscar alguna magnitud nueva que nos indique esta dirección en la que se dan los procesos. A esta magnitud se la conoce como entropía y es la protagonista del conocido segundo principio de la termodinámica. Lavariación de entropía entre dos estados 1 y 2 queda definida como ∆S = ∫
2

dqrev [1]. Obsérvese que aquí el calor q hace referencia a un proceso reversible. T 1

Dicho de otra manera, la entropía sólo podrá calcularse exactamente para procesos reversibles. Para procesos irreversibles (como los de los ejemplos mencionados), lo único que podemos decir es que la entropía del universo aumenta.Así pues, el segundo principio de la dinámica nos dice que la entropía es una función de estado que es

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constante (para todo el universo) en un proceso reversible y aumenta para uno irreversible. Como otras magnitudes termodinámicas, la entropía no se deduce

matemáticamente, sino que se extrae de la observación de la experiencia. Por tanto su validezse logra negando su existencia y llegando a conclusiones absurdas. Veámoslo con algunos ejemplos. 1.2 Entropía de la expansión isotérmica de un gas ideal. Sabemos que para un gas ideal la energía interna sólo depende de la temperatura. De esta forma, en un proceso isotérmico, la variación de energía interna de éste será nula. Según el primer principio de la termodinámica tendremos por tanto que ∆U= Q − W → Q − W = 0 → Q − ∫ P ⋅ dV = 0 → Q = ∫ P ⋅ dV →
V1 V1 V2 Para un gas ideal: n ⋅R ⋅T V ∆U = 0 V2 V2

Q = ∫ P ⋅ dV
V1

→

V  Q = n ⋅ R ⋅ T ⋅ Ln  2  [2]. Éste es pues el calor absorbido  V1 

por el sistema para realizar su expansión. Veamos que ocurre con la entropía del universo en los diferentes casos posibles y compararemos con lo que enuncia el segundo principio de la...