Espontáneo
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Espontáneo No espontáneo Sin intervención externa PROCESOS ESPONTÁNEOS PROCESOS ESPONTÁNEOS
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Espontáneo
No espontáneo
Sin intervención externa
PROCESOS ESPONTÁNEOSPROCESOS ESPONTÁNEOS
Espontáneo
No espontáneo
PROCESOS ESPONTÁNEOSPROCESOS ESPONTÁNEOS
PROCESOS ESPONTÁNEOSPROCESOS ESPONTÁNEOS
Espontáneo
No espontáneo
4 Fe(s) + 3 O2(g) Fe2O3(s) H = - 822.2 kJ.mol-1
2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H = - 285.8 kJ.mol-1
NH4NO3(s) NH4+
(aq) + NO3-(aq) H = + 25.7
kJ.mol-1
2 N2O5(s) 4 NO2(g) + 2 O2(g) H = + 109.5 kJ.mol-1
Pueden ser espontáneos tanto procesos endo como exotérmicos
La espontaneidad no puede explicarse por un mínimo de energía
También ocurre en otro tipo de procesos
H2O (s) H2O (l)
• A temperaturas < 0oC agua se congela espontáneamente
• A temperaturas > 0oC hielo se funde espontáneamente
• A temperaturas = 0oC hielo y agua están en equilibrio
La temperatura puede influir en la espontaneidad de un proceso
TODOS LOS PROCESOS ESPONTÁNEOS ESTÁN ACOMPAÑADOS DE UN AUMENTO DEL DESORDEN
LA ENTROPÍA ES UNA MEDIDA DEL DESORDEN
La entropía del universo tiende a aumentar
Los cambios espontáneos son acompañados por dispersión de energía hacia una forma más desordenada
SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
Los cambios espontáneos son acompañados por dispersión de energía hacia una forma más desordenada
No es posible convertir completamente calor en trabajo
SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
• La entropía (S) es una medida del desorden del sistema
• S = k.log(N)
N = número de posibles arreglos moleculares para una energía
fija
X
Y
ENTROPÍA
La entropía de una sustancia aumenta al aumentar la
temperatura (aumenta la energía cinética: traslación, vibración,
rotación)
La entropía de una sustancia sólida es menor a la misma
sustancia en estado líquido y en éste menor que en estado
gaseoso
La entropía de una molécula es mayor cuando aumenta el
tamaño (HI > HF) o la complejidad de las moléculas (C2H6 > CH4)
La entropía es mayor en moléculas abiertas que en cerradas
(CH3CHCH2 > CH2CH2CH2)
ENTROPÍAS A 298 ·K
ΔS para un proceso o reacción = Sf - Si
ΔS = ΣnS(productos) – ΣnS(reactivos)
La entropía del sistema crece en los cambios de fase: fusión,
volatilización y ebullición
La entropía del sistema crece al disolver un sólido o un
líquido
La entropía del sistema decrece cuando un gas se disuelve en
un líquido o en un sólido
La entropía del sistema crece en reacciones en las cuales
aumenta el número de moles gaseosos
ΔS = Σn(productos)S(productos) – Σn(reactivos)S(reactivos)
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
N2O4(g) → 2 NO2(g)
N2(g) + O2(g) → 2 NO(g)
Suniverso = Ssistema + Sentorno
Procesos espontáneos: Suniverso > 0
Procesos en equilibrio: Suniverso = 0
Suniv está aumentando permanentemente
Suniv se incrementa en un procesos espontáneos aunque Ssist
decrezca
En un sistema aislado Ssist mayor o igual a 0
La energía es conservada aunque es permanentemente degradada a su forma más desordenada (calor). La entropía de un sistgema puede ser localmente reducida haciendo trabajo pero la entropía del universo debe incrementarse Si el universo es finito, finalmente debería alcanzarse la misma temperatura y no habría capacidad para hacer trabajo (muerte térmica)
Ssistema α Q
Ssistema α Q/T
Ssistema = Qreversible/T
Ssistema = ∫δQreversible/T
T cte: Ssistema = Qreversible/T
Cambios de estado (P y T ctes):
Ssistema = ΔHc.e./Tc.e.
U.E. = cal/·K.mol
Proceso adiabático Ssistema = 0
Ssistema = ∫δQreversible/T
Si P es cte: ΔS = ∫dH/T
ΔS = n.Cp.ln(T2/T1)
ΔS = ∫dH/T = ∫(dE + PdV)/T
Si V es cte: ΔS = ∫dH/T = ∫dE/T
ΔS = n.Cv.ln(T2/T1)
Si V no es cte: ΔS = ∫(dE + PdV)/T = ∫dE/T + ∫PdV/T
ΔS = n.Cv.ln(T2/T1) + ∫PdV/T
Si el gas es ideal:
ΔS = n.Cv.ln(T2/T1) + n.R.T.ln(V2/V1)
ΔS = n.Cp(sól).ln(Tf/T1) + ΔHf/Tf + n.Cp(liq).ln(Te/Tf) + ΔHv/Te + n.Cp(vap).ln(T2/Te)
La entropía de una sustancia pura es 0 a 0 ·K
S (0 ·K) = 0 orden perfecto
TERCER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
ENERGÍA LIBRE DE GIBBS
Gsist = Hsist – TSsist
ΔGsist = ΔHsist – Δ(TS)sist
ΔG = ΔH – T.ΔS (T cte)
Suniv = Ssist + Sent
A P y T ctes:
- TSuniv = - TSsist + Hsist = ΔG
Suniv = Ssis – ΔHsist/T
- TSuniv = - TSsist + Hsist = ΔG
GP,T > 0: No espontánea
GP,T < 0: Espontánea
GP,T = 0: En equilibrio
ΔG para un proceso o reacción = Gf - Gi
ΔG = Σn(productos)G(productos) – Σn(reactivos)G(reactivos)
ΔG
T
NO ESPONTÁNEO
ESPONTÁNEO
NUNCA ESPONTÁNEA
SIEMPRE ESPONTÁNEA
ESPONTÁNEA A BAJAS T
ESPONTÁNEA A ALTAS T
ΔG = ΔH > 0 Endotérmicas
ΔS < 0
ΔS > 0
ΔG = ΔH < 0 Exotérmicas
ΔS < 0
ΔS > 0
ΔH = ΔE + Δ(PV) = Q – W + Δ(PV)
ΔH = Q – (Wútil + Wexp) + Δ(PV)
Si P es cte: ΔH = Q – (Wútil + PΔV) + PΔV
ΔH = Q – Wútil
ΔG = ΔH – Δ(TS)
Si T es cte: ΔG = ΔH – T.ΔS
ΔG = Q – Wútil – T.ΔS
Si el proceso es reversible:
ΔG = Qrev – Wútil – T.Qrev/T = - Wútil
ΔG es el máximo trabajo útil aprovechable en un proceso espontáneo y el mínimo trabajo que debe entregarse para producir un proceso no
espontáneo
