termodinamica

Capítulo 18: Entropía, energía libre
y equilibrio
Dr. Alberto Santana
Universidad de Puerto Rico
Recinto Universitario de Mayag¨ ez
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Departamento de Qu´mica
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QUIM-3002

Quimica general II, Entrop´a, energ´a libre y equilibrio – p.1
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Leyes de la termodinámica
1. La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
2. La entropía del universo aumenta en un procesoespontáneo y se
mantiene constante para un proceso en equilibrio.
3. La entropía de una sustancia perfectamente cristalina a 0K (cero
Kelvin) es cero.

Quimica general II, Entrop´a, energ´a libre y equilibrio – p.2
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Procesos espontáneos y entropía
Bajo ciertas condiciones dadas,
Proceso espontáneo: proceso donde los productos son
termodinámicamente más estables que los reactivos.Proceso no espontáneo: proceso donde los productos son
termodinámicamente menos estables que los reactivos.
Algunos procesos son espontáneos bajo cualquier tipo de condiciones, otros
son no espontáneos sin importar las condiciones. La mayoría de los procesos son espontáneos bajo ciertas condiciones. La termodinámica se usa para
predecir condiciones bajo las cuales estos procesos son espontáneos.Quimica general II, Entrop´a, energ´a libre y equilibrio – p.3
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Procesos espontáneos y entropía (cont.)
Todo proceso espontáneo tiene una dirección natural: la corrosión de
un pedazo de metal, cuando se quema un papel, derretir hielo a
temperatura ambiente.
Aunque un proceso espontáneo puede ocurrir rápido, NO EXISTE
relación alguna entre espontaneidad y velocidad de reacción.Ejemplo de procesos espontáneos:
∆H
CH4 (g)

+

2O2 (g)

→

CO2 (g)

+

2H2 O( )

-

2H2 O2 ( )

→

2H2 O( )

+

O2 (g)

-

H2 O(s)

→

H2 O( )

NH4 NO3 (s)

2
−→

H O

NH+ (ac)
4

+
+

NO− (ac)
3

+

Quimica general II, Entrop´a, energ´a libre y equilibrio – p.4
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Procesos espontáneos y entropía (cont.)
Note que aunque el ∆H de larxn. sea negativo esto no implica que el
proceso es espontáneo. Existe otra propiedad termodinámica que nos
permite predecir la espontaneidad de un proceso.
Entropía (S): es la medida del desorden de un sistema. A mayor desorden,
mayor entropía. Se mide en J/K.
El concepto de entropía se puede entender en términos probabilísticos. Un
estado ordenado (baja entropía) tiene una probabilidad muypequeña,
mientras que un estado con alto desorden (alta entropía) tendrá una
probabilidad mas alta.
Entropía estándar: la entropía absoluta de una sustancia a 25◦ C y 1 atm de
presión.

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Procesos espontáneos y entropía (cont.)
La entropía es una función de estado, el cambio en entropía se define como
∆S = Sf − Si .Ejercicio de práctica 18.1. Diga que pasa con la entropía en los sigientes
casos.
(a) condensar vapor de agua
(b) formar cristales de sucrosa de una sol’n supersaturada
(c) calentar hidrógeno de 60◦ C hasta 80◦ C
(d) sublimar hielo

Quimica general II, Entrop´a, energ´a libre y equilibrio – p.6
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La segunda ley de termodinámica
La entropía del universo esta compuesta por la entropíadel sistema bajo
estudio ∆Ssist y la entropía de los alrededores ∆Salr :
Para un proceso espontáneo ∆Suniv = ∆Ssist + ∆Salr > 0 mientras que
para un proceso en equilibrio ∆Suniv = ∆Ssist + ∆Salr = 0.
◦
Entropía estándar de reaccion, ∆Srxn .
◦
Para la rxn aA + bB → cC + dD, el ∆Srxn se define como
◦
∆Srxn =

nS ◦ (productos) −

mS ◦ (reactivos)

(1)

◦
Ejemplo: Calcule el ∆Srxnpara la reacción
2NaHCO3 (s) → Na2 CO3 (s) + H2 O( ) + CO2 (g)
S ◦ (CO2 (g)) = 213.6 J/(K mol), S ◦ (NaHCO3 (s)) = 102.09 J/(K mol),
S ◦ (Na2 CO3 (S)) = 135.98 J/(K mol) y S ◦ (H2 O( )) = 69.9 J/(K mol).
Quimica general II, Entrop´a, energ´a libre y equilibrio – p.7
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Solución al ejemplo anterior
Usando la ecuación (1),
◦
∆Srxn =

nS ◦ (productos) −

mS ◦ (reactivos)

J
=...