Segunda Ley de la Termodinámica

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Segunda Ley de la Termodinámica:

La Segunda Ley o Segundo Principio de la Termodinámica establece que:
La Entropía (S) del universo tiende a incrementarse, siendo la entropía una magnitud abstracta que identifica el grado de desorden interno de un sistema
La Segunda Ley de la Termodinámica se expresa:

ΔS Q / T

esto es: el aumento de entropía  es igual o mayor al calor absorbido en el proceso entre la temperatura

Implicaciones de la Segunda Ley:

La Segunda Ley de la Termodinámica tiene las siguientes implicaciones:
  • De manera expontánea, dos cuerpos en contacto a diferente temperatura intercambian calor, fluyendo este siempre del objeto caliente al frío, nunca al revés.  
    • Es imposible que una máquina, sin ayuda mecánica externa, transfiera calor de un cuerpo a otro más caliente 
    • Por ejemplo, sería imposible construir un frigorífico en el que el calor saliese del interior (foco frío) al exterior (foco caliente) sin la realización de un trabajo sobre el sistema.

  • Todo sistema aislado se vuelve más desordenado con el tiempo aumentando la entropía del sistema como establece el principio.
    • El valor cero de entropía se corresponde con aquella de las sustancias perfectamente cristalizadas en el cero absoluto de temperatura (0 ºK).
    • Por ejemplo, una sal en un líquido tiende a disolverse aumentando el desorden o entropía con el tiempo 

  • Motores térmicos:  son máquinas que transforman en trabajo el calor que fluye de un foco caliente a otro frío. Tienen las siguientes implicaciones:
    • Es imposible construir un motor térmico perfecto capaz de convertir en trabajo (W) todo el calor que entrega un sistema (Q1). Siempre habrá alguna cantidad de calor (Q2) que se expulsa al foco frío.
    • Es imposible convertir totalmente un tipo de energía en otra sin que haya pérdidas en el proceso que repercutirán en la eficiencia.
    • La eficiencia de un motor térmico se calcula en relación a la cantidad de calor aprovechado como trabajo, es decir:
Eficiencia = W / Q1Q1 - Q2 / Q1  
= 1 - Q2 / Q1

  • La Entropía es una medida de la energía no utilizable para relizar un trabajo en relación con la energía utilizable.
    • Una pelota que cae al suelo rebota cada vez a menor altura con el tiempo (su entropía aumenta
  • Este principio introduce el concepto de irreversibilidad, es decir que por ejemplo si rompemos un vaso de cristal es imposible que los fragmentos se reconstruyan a la forma original (es un fenómeno irreversible) 
  • Los líquidos tienen mayor entropía que sus formas cristalinas correspondientes
  • Los gases tienen mayor entropía que sus líquidos correspondientes
  • Los gases a baja presión tienen mayor entropía que aquellos a alta presión
  • La entropía de las moléculas es mayor que la de sus átomos independientes
  • La entropía de la materia aumenta con la temperatura
  • Cuando una sustancia se disuelve en otra aumenta su entropía
Tenemos por lo tanto que esta segunda ley de la termodinámica nos indica la dirección en la que se realizan los procesos.

Ejemplos:

Ejercicio 1: Determinar si la entropía de los siguientes procesos aumenta o disminuye:
  • Reacción H2 2H
    Solución: la entropía aumenta ya que aumenta el número de moléculas
  • Desalinización del agua del mar
    Solución: la entropía disminuye ya que devuelve a la sal a un estado más ordenado
  • Cocinar un huevo
    Solución: la entropía aumenta
Ejercicio 2: Determinar la variación de entropía de la fusión del hielo sabiendo que la entalpía de fusión del hielo es igual a 6 KJ/mol

Solución:  
  • La fusión del hielo es un proceso reversible, por lo que podemos emplear la fórmula: ΔS = Q / T.
  • Como la fusión se produce a presión constante, entonces Q = ΔH.
  • ΔS = Q / T = ΔH / T = (6 · 103 J / mol) / 273 ºK = 22 J·ºK-1·mol-1
versión 1 (16/09/2015)