Entropia termoquimica

Química General II

Entropía, Energía Libre y
Equilibrio

Las 3 leyes de la Termodinámica
•Una reacción que si ocurre en determinadas condiciones se llama reacción
espontánea, si no ocurre en esas condiciones se dice que no es espontánea

•Se supone que los procesos ocurren para disminuir la energía del
sistema
•Un gran número de reacciones exotérmicas son espontáneas
CH 4  g   2O2  g   CO 2  g   2 H 2 O l   0  890 , 4 kJ
H   ac   OH

Sin embargo:



 ac 

 H 2 O l   0  56 , 2 kJ

H 2 O  s   H 2 O l   0  6,01 kJ
NH 4 NO 3  g 

 NH 4  ac   NO 3  ac   0  25 kJ

Entropía
•¿Cómo predecir la espontaneidad de un proceso?
•H y S que es la medida del desorden del sistema
•a > desorden > Entropía ( lo contrariotambién es cierto)
•Ssól < Slíq0 si Sf>Si

Segunda Ley de la Termodinámica
•Conexión entre S y espontaneidad queda expresada en la 2 ley:

“la entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y
se mantiene para un proceso en equilibrio”
Suniverso=Ssistema+Salrededores>0 Espontáneo
Suniverso= Ssistema+Salrededores=0 Equilibrio
Que pasa con S < 0 ?

Cambios de entropía en elsistema
•Para calcular Suniverso se necesita 1° Ssistema

aA  bB  cC  dD


  nS

 



0
 S reacción
 cS 0 C   dS 0  D   aS 0  A   bS 0  B 
0
 S reacción

0

 productos   mS 0 reac tan tes 

Reglas generales ?:
S0 > 0 si una reacción produce más moléculas de gas de las que consume
S0 0
•Permite determinar la entropía absoluta de lassustancias

S=Sfinal –Sinicial ;S es entropía absoluta

Cambio de entropía (S) de sustancias puras con respecto a la
temperatura
S 

Tf

ns p

Ti

T



dT

Donde n = número de moles de sustancia
sp = calor específico de la sustancia a presión constante (cal/mol·K)
T = Temperatura en kelvins (K)
Para calcular el cambio de entropía de sustancia pura que va desde el estadosólido a
temperatura (Ti) a gas a temperatura (Tf) y que pasa por el estado líquido se debe hacer el
siguiente cálculo:
Se desarrolla por etapas de la siguiente manera:
Considerando la entropía de cambio de fase S = Hfusión (o evap)/Tfus (ó evap)
S = n·sp(s)ln(T1/Ti) + nHfusión/T1 + n·sp(l)ln(T2/T1) + nHvap /T2+ n·sp(g)ln(Tf/T2)
Donde
n
= número de moles de sustancia
sp(s), sp(l) y sp(g)= calores específicos de la sustancia en fase sólida (s), líquida
(l) y gaseosa (g) a presión constante (J/mol·K)
Hfusión
= Calor de fusión de la sustancia ( J/mol)
Hvap
= Calor de ebullición o evaporación de la sustancia ( J/mol)
T1
= Temperatura de fusión de la sustancia (K)
T2
= Temperatura de ebullición de la sustancia (K)

La Energía Libre de Gibbs
•2ª ley indica que una rxespontánea hace que la S incremente; SUni>0
•Para determinar el signo necesitamos Ssist mas Salred PERO Salred difícil de
calcular
•¿Cómo calculamos S?
 S universo   S sistema   S alrededore s  0
 S universo   S sistema 
T  S universo  T  S sistema

 H sistema

0
T
  H sistema  0

X (  1)

 T  S universo   H sistema  T  S sistema  0;
a presión constan te y T EL PROCESO DEBE SER ESPONTANEO
G  H  TS ;
que es otra función ter mod inámica llamada E Libre de Gibbs ; G unidades de energía , es funcion de estado
G  H  TS

•La energía libre es la energía disponible para realizar trabajo

La Energía Libre de Gibbs
•Es posible resumir las condiciones para la espontaneidad y el equilibrio a
temperatura y presión constantes en términosde G como sigue:
G < 0 La rx es espontánea en la dirección directa
G > 0 La rx no es espontánea. La rx es espontánea en la dirección opuesta
G = 0 El sistema está en equilibrio. No hay cambio neto.

Cambios de Energía Libre Estándar
•La energía libre estándar de reacción G0reacción es el cambio de energía libre en
una reacción cuando se lleva a cabo en condiciones estándar, cuando...