Entropia

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) → CO2 ( g ) + 2 H 2 O(l ) ∆Η 0 = −890,4 kJ H + (ac ) + OH − (ac ) → H 2 O(l ) ∆Η 0 = −56,2 kJ

Sin embargo:

H 2 O( s ) → H 2 O(l ) ∆Η 0 = 6,01 kJ NH 4 NO3 ( g )
+ → NH 4 (ac ) + NO3− (ac ) ∆Η 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 contrario también es cierto) •Ssól < Slíq0 siSf>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 el sistema
•Para calcular ∆Suniverso senecesita 1° ∆Ssistema

0 ∆S reacción = cS 0 (C ) + dS 0 (D ) − aS 0 ( A) + bS 0 (B ) 0 ∆S reacción 0

aA + bB → cC + dD

[ = [∑ nS

( 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 las sustancias ∆S=Sfinal –Sinicial ;∆S es entropía absolutaCambio de entropía (∆S) de sustancias puras con respecto a la temperatura

∆S = ∫

Tf

ns p T

Ti

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 estado sólido a temperatura (Ti) a gas a temperatura (Tf) y que pasa por elestado 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 = ns p ( s ) ln
Donde
n sp(s), sp(l) y sp(g)

T T1 n∆H fusión T n∆H evap + + ns p ( l ) ln 2 + + ns p ( g ) ln f Ti T1 T1 T2 T2
= número de moles de sustancia = calores específicos de la sustancia en fasesólida (s), líquida (l) y gaseosa (g) a presión constante (J/mol·K) = Calor de fusión de la sustancia (J/mol) = Calor de ebullición o evaporación de la sustancia (J/mol) = Temperatura de fusión de la sustancia (K) = Temperatura de ebullición de la sustancia (K)

∆Hfusión ∆Hvap
T1 T2

La Energía Libre de Gibbs
•2ª ley indica que una rx espontánea hace que la S incremente; ∆SUni>0 •Paradeterminar el signo necesitamos ∆Ssist más ∆Salred PERO ∆Salred difícil de calcular •¿Cómo calculamos ∆S?
∆Suniverso = ∆Ssistema + ∆Salrededores > 0 ∆H sistema >0 T T∆Suniverso = T∆Ssistema − ∆H sistema > 0 ∆Suniverso = ∆Ssistema − − T∆Suniverso = ∆H sistema − T∆Ssistema < 0; a presión y T cons tan tes EL PROCESO DEBE SER ESPONTANEO G = H − TS; que es otra función ter modinámica llamada E Libre de Gibbs;G unidades de energía, es funcion de estado ∆G = ∆H − T∆S

X (−1)

•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 términos de ∆G como sigue:

∆G < 0 ∆G > 0 ∆G = 0

∆G= ∆H-T ∆S
La rx es espontánea en la dirección directa La rx noes espontánea. La rx es espontánea en la dirección opuesta El sistema esta en equilibrio.

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 los reactivos están en su estado estándar y se convierten en productos en su estado estándar

Energía libre...