Entropía Y Energía Libre De Gibbs 2f264l

Entropía y Energía Libre de Gibbs • NOMBRE: Maximiliano Vidal. • CURSO: III ° A. • ASIGNATURA: Química Común. • ESTABLECIMIENTO: Colegio Antupirén.

Espontaneidad y reversibilidad • Un proceso espontáneo es un proceso que puede ocurrir por si solo, como por ejemplo: el derretimiento de un cubo de hielo. • Hay reacciones que no son espontáneas, aquellas que no ocurres de manera natural. • En todo proceso reversible, la entropía del

universo permanece constante

• DSuniv = DSsis + DSent = 0 • En todo proceso irreversible, la entropía del

universo aumenta.

• DSuniv = DSsis + DSent > 0 • Los dos anteriores son espontáneos. • Criterio de espontaneidad: DSuniv > 0

Primeros intentos de explicación • En muchos procesos espontáneos la energía disminuye. • La dirección del cambio químico espontáneo es aquélla en la que disminuye la entalpía del sistema. •

• Pero:

Reacción exotérmica Reacción espontánea

Leyes de la termodinámica • 1. La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. • 2. La entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y se mantiene constante para un proceso en equilibrio. • 3. La entropía de una sustancia perfectamente cristalina a 0K (cero Kelvin) es cero.

Entropía y desorden • Cuando nos referimos a entropía, podemos hablar de un sistema que se ordena y desordena en el tiempo, a este término de desorden o orden, nosotros le llamamos entropía, y se designa con la letra S. • La entropía es una función de estado, por ende el cambio o variación de entropía, está determinado por la imagen número 1 y 2. • Para un estado, son varios los factores que influyen en la cantidad de entropía. • Un sistema desordenado es más probable que uno ordenado porque tiene más estados microscópicos disponibles. • La entropía tiene una tendencia natural a aumentar dado que corresponde al cambio de condiciones de baja probabilidad a estados de probabilidad mayor.

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Entropía y desorden • 1. un liquido tiene una mayor entropía que un solido, esto se debe a que en el solido, las moléculas están mas compactadas que en el liquido, en el que las mismas están mas disueltas. • 2. un gas tiene una mayor entropía que un liquido, esto se debe que en el gas las partículas tienen una mayor libertad para desplazarse. • 3. el aumento de la temperatura, aumenta la entropía, ya que a elevar la temperatura, la energía cinética de las partículas aumenta, creando un mayor desorden.

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Interpretación Molecular de la Entropía • Un sistema puede describirse de dos formas: 1. Macroscópicamente (P, V, T) 2. Microscópicamente (posición y velocidad de cada átomo) • Con un estado macroscópico hay muchos estados microscópicos compatibles. • La entropía es una medida del número de estados microscópicos asociados con un estado macroscópico determinado. • Estado macroscópico: 1. Ordenado 2. Desordenado • Estado microscópico: 1. Orden exacto de los naipes

• Un sistema desordenado es más probable que uno ordenado porque tiene más estados microscópicos disponibles. • La entropía tiene una tendencia natural a aumentar dado que corresponde al cambio de condiciones de baja probabilidad a estados de probabilidad mayor. • Implicaciones: ¿cómo se puede explicar la vida? • “La vida es una lucha constante para poder generar suficiente

entropía en nuestro entorno como para seguir construyendo y manteniendo nuestras complejas interioridades”

Caso particular: Sistema aislado • Cualquier proceso deja a los alrededores sin modificación alguna DSent = 0

Þ DSuniv = Dssis

Proceso reversible, sistema aislado: DSsis = 0 Proceso irreversible, sistema aislado: DSsis > 0

• Si no está aislado, Hay que tener en cuenta lo siguiente: la variación de entropía del sistema y la de los alrededores.

En un proceso espontáneo aumenta la S del universo.

• Como hemos visto, la temperatura y el calor pueden variar la entropía, entonces termodinámicamente la entropía se define como:

S  

2

1

dQ rev T

Segunda ley de termodinámica • Esta segunda ley nos indica que la entropía del universo aumenta en un proceso espontaneo, y se mantiene constante en un proceso que se encuentra en equilibrio. • Esto nos puede indicar que todo tiende al desorden espontaneo; lo que se puede observar con la siguiente relación:

• 1850: Teoría del calor. Energía como función de estado. • 1854: Verwandlungsinhalt. • 1865: Entropía y 2º Principio de Termodinámica. • “Der Energie der Welt ist konstant;

die Entropy der Welt strebt einem Maximum zu”

• “La energía del mundo es constante; la entropía del mundo lucha por alcanzar un máximo” “Rudolf Julius Emmanuel Clausius (18221888)”.

Entropía en un proceso irreversible o espontaneo • Generalmente la entropía siempre va en aumento, esta es la característica fundamental de un proceso irreversible o espontaneo, esto se puede definir: • El proceso de espontaneo es aquel en que (1). • El proceso no es espontaneo en la dirección descrita si (2).

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Entropías molares estándar • Esto corresponde a la entropía de un mol de sustancia a 25°C y a 1 atmósfera de presión.

Variación de la entropía de reacción con la temperatura

Variación de la entropía en una reacción química • Para poder calcular la entropía en una reacción química, se debe considerar la sumatoria de la entropía de los productos menos la sumatoria de entropía de los reactivos .

So    prod So (prod)    reac So (reac) prod

reac

Energía libre • Criterio de espontaneidad: DSuniv > 0 • ¿No podríamos disponer de un criterio de espontaneidad

expresado sólo en función de las propiedades del sistema?

• Sup. P y T = ctes Q  ΔH sis  sisent  • Qsis = Qp = DHsis ; Qent = -Qsis=Sent -DH Suniv  Ssis 

ΔH sis T

T T  0 ; TSsis  ΔH sis  0 ; ΔH sis  TSsis  0

Energía libre de Gibbs • Considerando la transferencia de calor (H), así como su entropía que puede alterarse variando la temperatura, definimos la energía libre como: (1) • Función de estado energía libre de gibbs (G) • Propiedad extensiva G = H – TS • Unidades: J • Si DG < 0 proceso irreversible (espontáneo) • Si DG > 0 proceso no espontáneo • Si DG = 0 proceso reversible (equilibrio) • A P y T constantes, el sentido del cambio espontáneo es el sentido de la disminución de G.

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Relación entre G, H y S y predicción de la espontaneidad de un proceso • Al poder relacionar estas formulas con estos resultados, dependiendo de delta G, podemos predecir la espontaneidad de un proceso, siempre que tengan presión y temperatura constante.

Energia libre estandar • La energía libre en condición estándar corresponde a valores medidos en condiciones establecidas. • Sólidos y líquidos puros . • Gases a una atm de presión. • disolución 1 molar . • Temperatura 25°C. • A partir de estos datos se logro construir una tabla de energía libre estándar de formación.

• Considerando que la energía libre de Gibbs también es una función de estado, se puede calcular con la siguiente formula:

Efecto de la temperatura • Al aplicar la ecuación (1) se tiene que, si se varia la temperatura, el signo de delta G puede variar, produciendo una reacción espontánea o no espontánea. • Si el delta H es menor que 0 y el delta S mayor que 0, es un proceso espontáneo, a cualquier temperatura. • Si delta H es mayor que 0 y delta S mayor que 0, es un proceso endotérmico, que es espontanea a altas temperaturas. • Si el delta H es menor que 0 y delta S menor que 0, es un proceso exotérmico, que es espontaneo a bajas temperaturas.

• Si delta H es mayor que 0 y delta S menor que 0, es un proceso endotérmico, que es no espontaneo a cualquier temperatura.

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Energía libre de Gibbs y equilibrio químico • Por lo que hemos visto, nosotros podemos calcular la energía libre de Gibbs en condiciones estándar, pero no siempre se cumplen estas condiciones; entonces para calcular la energía libre de Gibbs, en situaciones de condición no estándar, se puede obtener de la siguiente expresión: