FQ380_clase3_prim2013_ 2a Ley Entropia Y Gibbs_2

Facultad de Ciencias Exactas
Departamento de Ciencias Químicas

Dra. Nancy Pizarro U.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La Primera Ley nos habla de la conservación de la energía.
La Segunda Ley dirá cuáles de estos procesos ocurren
espontáneamente o no.
Enunciado de Kelvin-Planck:
“Es imposible que un sistema realice un proceso cíclico cuyos
únicos efectos sean el flujo de calor desde una fuentede calor al
sistema, y la realización por el sistema de una cantidad de trabajo
equivalente sobre el entorno”.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Proceso Espontáneo: se produce un cambio brusco en el
sistema y este no puede volver por si solo al estado original, es
decir, es un proceso irreversible.
Máquina Térmica: rendimiento de estas máquinas está
relacionado con el límite que existe paraconvertir calor en
trabajo.

trabajo producido
eficiencia = e =
energía consumida

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Fuente de Calor
TC
qC
Máquina
Térmica

-w
- qF

Fuente Fría
TF

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Ciclo de Carnot: se realiza ciclo reversible para una máquina
térmica que opera entre temperaturas extremas TC y TF.
⇒ Es la máquina con mayor eficiencia en estas condiciones.
Principio deCarnot: “Ninguna máquina térmica puede ser más
eficiente que una máquina térmica reversible, cuando ambas
trabajan entre las mismas temperaturas extremas TC y TF”

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Ciclo de Carnot: se realiza ciclo reversible para una máquina
térmica que opera entre temperaturas extremas TC y TF.
V3
V2

V2

V3
V4

V4

V1
Fuente de Calor
TC

V1

q=0

Fuente Fría
TF

1
2
4
3
V1 V4

V2V3

q=0

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Se encontró la diferencial de una nueva función de
estado llamada ENTROPÍA, S.

1
2

dqrev
≡ dS
T

Sistema cerrado
Proceso reversible

ΔS = S 2 − S1 = ∫

2

1

dqrev
T

4
3
V1 V4

V2 V3

S: Función de estado extensiva, para hacerla intensiva se puede dividir
por otra propiedad extensiva como los moles y en ese caso tenemos la
Entropía Molar: Sm

S
Sm =
nSEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
CALCULO DE DIFERENCIAS DE ENTROPÍA

¾Procesos Cíclicos
¾Proceso reversible adiabático de un gas perfecto
¾Expansión adiabática de un gas perfecto en el vacío.
¾Cambio de Fase Reversible a T y P ctes.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
¾Proceso reversible isotérmico de un gas perfecto
¾Cambio de estado reversible de un gas perfecto

¾Calentamiento a V cte. Sin cambiode Fase

¾Calentamiento a P cte. Sin cambio de Fase

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
TAREA: Calcule el cambio de entropía:
1 mol H2O(l)
25°C y 1 atm

ΔS = ?

cp,H2O(l)= 1,00 cal/g°C

1 mol H2O(v)

cp,H2O(v)= 0,44 cal/g°C

130°C y 0,5 atm

ΔHvap = 539,4 cal/g a 100°C

P (atm)

V1

V2

V (L)

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Entropía, Reversibilidad e Irreversibilidad
ΔSUNIV = ΔSSIST + ΔSENT

Δ Suniv ≥ 0

Pared rígida, impermeable
y adiabática

= Proceso reversible
> Proceso irreversible

UNIVERSO
Entorno a T
Eq. Termodinámico
Sistema, T
Eq. Térmico y mecánico

Pared impermeable

EQUILIBRIO MATERIAL
Es cuando el número de moles de cada
sustancia presente en cada fase de un
sistema cerrado no cambia a lo largo del
tiempo.

EQUILIBRIO
QUÍMICO

EQUILIBRIO DE
FASES

Sistema en donde HAYreacciones químicas o flujo de materia entre
fases, NO está en equilibrio material.

dq
dS >
T

Cambio material, sistema cerrado
Equilibrio térmico y mecánico

Equilibrio material

dq ≤ TdS
1ª Ley sist. cerrado

dq = dU − dw

dU − dw ≤ TdS
Cambio material, sistema cerrado

dU ≤ TdS − PdV

Equilibrio térmico y mecánico
= SOLO EN EQUILIBRIO MATERIAL

En equilibrio material a T y V ctes.

A ≡ U − TS

d(U − TS ) = 0

Energía libre de Helmholtz
Función de Helmholtz
Función de trabajo

CONDICION DE EQUILIBRIO MATERIAL:
MINIMIZACIÓN DE LA FUNCION DE HELMHOLTZ
En equilibrio material a T y P ctes.

d (U − TS + PV ) = 0

G ≡ H − TS = U + PV − TS

Función de Gibbs
Energía libre de Gibbs
Energía de Gibbs

EQUILIBRIO MATERIAL
Nuevas funciones termodinámicas
equilibrio:
G ≡ H − TS
A ≡ U − TS

como...