Entropía: definición, fórmula y más

<p>Entrop√≠a, la medida de la energ√≠a t√©rmica de un sistema por unidad de temperatura que no est√° disponible para realizar un trabajo √ļtil. Dado que el trabajo se obtiene a partir del movimiento molecular ordenado, la cantidad de entrop√≠a tambi√©n es una medida del desorden molecular, o aleatoriedad, de un sistema. El concepto de entrop√≠a proporciona una visi√≥n profunda de la direcci√≥n del cambio espont√°neo de muchos fen√≥menos cotidianos. Su introducci√≥n por el f√≠sico alem√°n Rudolf Clausius en 1850 es un punto culminante de la f√≠sica del siglo XIX.

En mec√°nica estad√≠stica, S ¬į es una propiedad extensa de un sistema termodin√°mico. Est√° estrictamente relacionado con el n√ļmero ő© de composiciones imperceptibles (conocidas como microestados) que se mantienen estables con las capacidades macrosc√≥picas que caracterizan el sistema (como su volumen, presi√≥n y temperatura). S ¬į expresa el n√ļmero ő© de diferentes composiciones que podr√≠a asumir un sistema delineado por variables macrosc√≥picas. Suponiendo que cada microestado es igualmente probable, la entrop√≠a S es el logaritmo natural del n√ļmero de microestados, multiplicado por la constante de Boltzmann kB.

Índice de contenidos

Ecuación / fórmula de entropía

La entrop√≠a es una funci√≥n termodin√°mica que se utiliza para medir la aleatoriedad o el desorden de un sistema. Por ejemplo, la S ¬į de un s√≥lido, donde las part√≠culas no pueden moverse libremente, es menor que la S ¬į de un gas, donde las part√≠culas llenar√°n el recipiente. Los cient√≠ficos han concluido que para que un proceso sea espont√°neo, la S ¬į de ese proceso debe aumentar. Esto incluye el S ¬į del sistema y el S ¬į del entorno.

EntropíaEntropía

La entropía se puede calcular usando muchas ecuaciones diferentes:

  • Si el proceso est√° a una temperatura constante, entonces, donde őĒS es el cambio en la entrop√≠a
    Fórmula de la ecuación de entropíaFórmula de la ecuación de entropía

    , qrev es el reverso del calor y T es la temperatura Kelvin.

  • Si se conoce la reacci√≥n, entonces őĒSrxn se puede calcular usando una tabla de valores de entrop√≠a est√°ndar.
    Cambio de entropía totalCambio de entropía total
  • La energ√≠a libre de Gibbs (őĒG) y la entalp√≠a (őĒH) tambi√©n se pueden utilizar para calcular őĒS.

Energía libre de GibbsEnergía libre de Gibbs

Definición de entropía

Hay dos definiciones equivalentes de entrop√≠a: la definici√≥n termodin√°mica y la definici√≥n de mec√°nica estad√≠stica. Hist√≥ricamente, la definici√≥n de termodin√°mica cl√°sica se desarroll√≥ primero. En el punto de vista de la termodin√°mica cl√°sica, no se consideran los detalles microsc√≥picos de un sistema. En cambio, el comportamiento de un sistema se describe en t√©rminos de un conjunto de variables termodin√°micas definidas emp√≠ricamente, como temperatura, presi√≥n, entrop√≠a y capacidad calor√≠fica. La descripci√≥n de la termodin√°mica cl√°sica asume un estado de equilibrio, aunque se han hecho intentos m√°s recientes para desarrollar definiciones √ļtiles de entrop√≠a tambi√©n en sistemas que no est√°n en equilibrio.

La definici√≥n estad√≠stica de S ¬į y otras propiedades termodin√°micas se desarrollaron m√°s tarde. En este punto de vista, las propiedades termodin√°micas se definen en t√©rminos de las estad√≠sticas de los movimientos de los componentes microsc√≥picos de un sistema modelado al principio de manera cl√°sica, por ejemplo, part√≠culas newtonianas que constituyen un gas, y luego de forma cu√°ntica-mec√°nica.

Ecuación de entropía molar

La entrop√≠a molar est√°ndar generalmente recibe el s√≠mbolo S ¬į y tiene unidades de julios por mol kelvin (J mol ‚ąí 1 K ‚ąí 1). A diferencia de las entalp√≠as de formaci√≥n est√°ndar, el valor de S ¬į es absoluto. Es decir, un elemento en su estado est√°ndar tiene un valor definido distinto de cero de S a temperatura ambiente. La S ¬į de una estructura cristalina pura puede ser 0 J mol ‚ąí 1 K ‚ąí 1 solo a 0 K, de acuerdo con la tercera ley de la termodin√°mica. Sin embargo, esto presupone que el material forma un ‘cristal perfecto’ sin ning√ļn congelado en S ¬į (defectos, dislocaciones), lo que nunca es completamente cierto porque los cristales siempre crecen a una temperatura finita. Sin embargo, esta entrop√≠a residual suele ser bastante insignificante.

Si un mol de sustancia estuviera a 0 K, luego calentado por su entorno a 298 K, su entropía molar total sería la suma de todas las N contribuciones individuales:

{ Displaystyle S ^ { circ} =  sum _ {k = 1} ^ {N}  Delta S_ {k} =  sum _ {k = 1} ^ {N}  int { frac {dq_ {k }} {T}} , dT} S ^  circ =  sum_ {k = 1} ^ N  Delta S_k =  sum_ {k = 1} ^ N  int  frac {dq_k} {T} , dT

Aqu√≠, dqk / T representa un intercambio muy peque√Īo de energ√≠a t√©rmica a la temperatura T. La entrop√≠a molar total es la suma de muchos peque√Īos cambios en la entrop√≠a molar, donde cada peque√Īo cambio puede considerarse un proceso reversible.

¬ŅCu√°l es el concepto de S ¬į?

S ¬į, la medida de la energ√≠a t√©rmica de un sistema por unidad de temperatura que no est√° disponible para realizar un trabajo √ļtil. Debido a que el trabajo se obtiene a partir del movimiento molecular ordenado, la cantidad de S ¬į tambi√©n es una medida del trastorno molecular, o aleatoriedad, de un sistema.

¬ŅQu√© es S ¬į con el ejemplo?

S ¬į es una medida de la dispersi√≥n de energ√≠a en el sistema. Vemos evidencia de que el universo tiende hacia los lugares m√°s altos en muchos lugares de nuestras vidas. Una fogata es un ejemplo de S. La madera maciza se quema y se convierte en ceniza, humo y gases, todos los cuales esparcen energ√≠a hacia afuera con mayor facilidad que el combustible s√≥lido.

¬ŅCu√°l es la unidad de entrop√≠a?

La unidad de Si para S ¬į es julios por Kelvin (J / K). Un valor m√°s positivo de S significa que es m√°s probable que ocurra una reacci√≥n espont√°neamente.

¬ŅQu√© establece la segunda ley de la termodin√°mica?

La segunda ley de la termodin√°mica establece que el estado de S ¬į de todo el universo, como sistema aislado, siempre aumentar√° con el tiempo. La segunda ley tambi√©n establece que los cambios en la S ¬į en el universo nunca pueden ser negativos.

¬ŅCu√°l es el s√≠mbolo del cambio de entrop√≠a?

Por lo general, se denota con el s√≠mbolo S. Esto se atribuye al trabajo de Clausius en 1865 cuando dio una p√©rdida de calor irreversible que antes hab√≠a llamado un nombre de “valor de equivalencia”.

Mensaje de navegación

Dejar un comentario