Ejercicios termo

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SEGUNDA Y TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Cambio espontáneo: En termodinámica un cambio espontáneo es aquel que se produce irreversiblemente en una determinada dirección sin importar la velocidad con que este proceso ocurra.

C(s) + O2(g) ( CO2(g) : Es un cambio espontáneo porque ocurre irreversiblemente en esa dirección, o sea que no es posible que la reacción inversa (formación de C yO2 a partir de CO2) ocurra.

El cambio de entalpía por si sola, y en general la primera ley de la termodinámica, no nos indican si una reacción será espontánea o no.

De acuerdo a la primera ley, es posible que un cuerpo caliente en contacto con otro frío, se caliente aún más a costa de quitarle calor al cuerpo frío. Sin embargo se ha observado que en la naturaleza esto nunca ocurre a menosque se produzca trabajo sobre ellos. Los ríos corren de cordillera a mar y nunca al revés y sin embargo la primera ley solo exige que la energía sea constante por lo que, de acuerdo a este principio, cualquier cambio puede ocurrir. Es necesario introducir otros conceptos que nos permitan determinar el curso normal de un acontecimiento.

Segunda Ley de la Termodinámica. (Entropía) Los procesostermodinámicos se pueden clasificar en reversibles e irreversibles.

Proceso reversible: Es aquel en el que un sistema puede cambiar de un estado inicial a otro final a traves de numerosas etapas de modo que la transferencia de W y Q hacia y desde el sistema se tal que en cualquiera de las etapas sucesivas sea tal que el sistema pueda retornar hacia su etapa original. Se dice que estas etapassucesivas están en equilibrio permanente. Estos cambios son ideales porque en requieren de tiempo infinito, sin embargo en la naturaleza los procesos reales ocurren a tiempos finitos.

Proceso irreversible: Ocurren espontaneamente en una dirección determinada con cambios drásticos del sistema y su entorno lo que hace imposible la reversibilidad.

Es importante observar, que los cambios de energíaen un cambio de estado irreversible o reversible es siempre el mismo debido a que la energía es una función de estado y solo depende del estado final e inicial sin importar como se realizó el proceso.

reversible (múltiples etapas)

E1 ( E2
irreversible (etapas finitas)
(E = E2 - E1

Tanto el trabajo W como el calor Q en ambos procesos es distinto, sin embargo ladiferencia entre ellos ((E) es siempre la misma.

Se define una nueva función de estado, Entropía (S) como:

(S = Qrev/T: Qrev es el calor involucrado en proceso reversible a una temperatura T

Las unidades de esta función de estado serán: cal/grado = u.e. (unidad entrópica)

Esta propiedad (S) es tal que en un proceso irreversible o real siempre aumenta. Una forma simple de esnunciar la segundaley de la termodinámica es:

La entropía (S) es una función de estado. En un proceso reversible, la entropía del universo es constante. En un proceso irreversible, la entropía aumenta.
La entropía del universo tiende a alcanzar un máximo. (Clausius)

La entropía está relacionada con la probabilidad. Esto fue obsevada por el físico austríaco Ludwig Boltzmann, quien propuso una ecuación entreentropía y probailidad.

S = k Ln P; P: probabilidad; k : constante de Boltzmann

Una experiencia fácil que demuestra que en la naturaleza todos los sistemas tienden a ocupar el máximo estado de probabilidad es cuando lanzamos al aire 10 monedas. La mayor probabilidad será que sean 5 caras y 5 sellos. La probabilidad de que solo sean sello o cara es casi nula.

Esto demuestra que laentropía está relacionada con el desorden debido a que en estas condiciones tenemos el máximo de posibilidades o la probabilidad es máxima.

Tercera Ley de la Termodinámica: Es posible relacionar la entropía con el modelo molecular de los estados de la materia, es decir si pensamos que en el estado gaseoso las moléculas están en constante aumento, en el líquido solo se mueven entre ellas y en el...
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