ENTROPÍA Y ENERGÍA LIBRE
“En
todo proceso la energía se conserva, ni se crea ni se destruye” (Primera ley de
la Termodinámica). ΔU = Q + W
Un
proceso espontáneo es el que ocurre de forma natural, sin necesidad de realizar
un trabajo desde fuera del sistema para que se produzca.
Son
procesos espontáneos la caída libre de una piedra por su propio peso, la
disolución de los cristales de sal en agua, la difusión de un perfume en el
aire, la oxidación del hierro en la atmósfera en condiciones ordinarias, etc.
El
grado de desorden de un sistema se mide mediante una magnitud llamada entropía
y se representa por S. Así, para una determinada sustancia: Sgas > Slíquido >
Ssólido.
En
todo proceso espontáneo aumenta el desorden de las partículas (átomos,
moléculas, iones,…) considerando conjuntamente el universo (sistema y alrededores
o entorno). (Segunda ley de la Termodinámica). “En todo proceso espontáneo se
cumple que ΔStotal > 0 o ΔSuniverso
> 0.”
La
entropía molar estándar de una sustancia Sº se mide en J/(mol K) y su valor
está tabulado o se aporta como dato.
“La
entropía de cualquier sustancia como cristal perfecto en el cero absoluto 0 K
(-273ºC) es cero” (Tercera ley de la Termodinámica).
En
todo proceso la variación de entropía del sistema es ΔSsist = Sfinal
– Sinic (J/K).
El
sistema intercambia calor con los alrededores (ΔHsist) y la variación de
entropía de los alrededores o entorno vale ΔSentorno = - ΔHsist/T (J/K).
La
variación de entropía total, del sistema y de los alrededores, ΔSuniv es
la suma:
ΔSuniv = ΔSsist
+ ΔSent y en todo
proceso espontáneo es ΔSuniv > 0 (Segunda ley).
Se
define la energía libre o de Gibbs como: G = H – T.S
De
todo lo anterior se llega a: ΔG = ΔHsist –T ΔSsist (J), para
unos valores constantes de la presión y de la temperatura, donde ΔG es la
variación de energía libre de Gibbs.
El
valor negativo de ΔG representa la energía libre para realizar trabajo útil que
puede obtenerse en el proceso y cuanto más grande en valor absoluto más
desplazado está el proceso hacia su realización, más tendencia a alcanzar el
estado final.
Criterio
de espontaneidad: si ΔG < 0 → Proceso
espontáneo.
si
ΔG > 0 → Proceso no espontáneo.
si ΔG = 0 → Estado de equilibrio.
El
que un proceso sea espontáneo (termodinámicamente favorable) no significa que
tenga que producirse rápidamente (cinéticamente favorable); la velocidad de una
reacción no depende del valor de ΔG y los factores que la determinan se
estudian en Cinética química.
Una
reacción con ΔG1 > 0 puede
llegar a darse si se acopla o concierta con otra reacción con ΔG2
< 0 siempre que ΔGtotal =
(ΔG1 + ΔG2) < 0
; de esta forma se realizan muchas reacciones metabólicas en los seres vivos.
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