24 de septiembre de 2012

Entropía S



Entropía S
[Del griego: En tropos = En intercambio]

La entalpía no puede ser la única causa que gatilla una reacción espontánea. También hay reacciones que transcurren por sí mismas y que son endotérmicas. Por ejemplo, hay sales que al disolverse en agua lo enfrían. Estas reacciones por lo tanto son endotérmicas. Un ejemplo es el cloruro de amonio que se disuelve en iones de amonio y de cloro:



Además existen reacciones que no se ejecutan voluntariamente a pesar de ser exotérmicas. El congelamiento del agua por ejemplo, es un proceso exotérmico, pero no se desarrolla en forma espontánea ¿Cuál es la fuerza motriz responsable de este hecho?
En erl año 1850 R. Clausius introdujo una nueva magnitud, que en la termodinámica describe el estado de un sistema. Lo llamó entropía S. Es una medida para el “desorden”. Si el desorden en grande entonces su valor numérico también es alto. Sin embargo mientras más ordenado es un sistema tanto mas bajo es también el valor numérico de la entropía.
Con el fin de mostrar esto en forma más explícita, se observa un recipiente de vidrio. Y a este frasco se la agrega un cristal de sal:




Wasser = agua
Salz = Sal



El cristal de sal tiene un grado de orden muy alto. Los iones se encuentran en un esquema estrictamente ordenado. Si a este cristal se le pone en contacto con agua, entonces primero se separan los iones externos y se dispersan en el agua: 




 Ahora los iones están más desordenados que antes en el cristal.
La reacción en si es endotérmica, ya que debe ser vencida la energía reticular, para disolver la retícula cristalina. Esta energía necesaria lo obtiene el cristal del agua, que por lo tanto se enfría, lo que hace el proceso se ejecuta en forma espontánea.
El acicate para la pretensión hacía un mayor desorden proviene de la probabilidad. El desorden es mucho más probable que el orden. Si se observa una baraja de naipes, entonces sólo existe una posibilidad de orden, en el cual los naipes están ordenados según la secuencia numérica, pero existen mucho más posibilidades de combinar una secuencia  sin orden:

 

 Geordnet = Ordenado
Ungeordnet = Desordenado
Beispiel = Ejemplo


 La lista de los ejemplos desordenados se podría continuar bastante más.-

El valor de la entropía en un sistema aislado también se puede entender como medida de la estabilidad interna. Mientras más alto sea el valor numérico, tato más estable es un sistema  y tanto menor es la posibilidad de un cambio espontáneo.
Al igual que en la entalpía, la entropía es una ecuación de estado. Cada cambio del estado lleva también a una variación de la entropía:





Endzustand = Estadio final
Anfangszustan= Estado inicial




La entropía no se puede medir en un punto, sino sólo la diferencia a otro sistema. Se mide en J/kmol.
En una reacción de ejecución espontánea, la entropía siempre aumenta. Ninguna sustancia se va a desplazar por sí sola a un estado ordenado. Un gas por ejemplo, siempre se distribuye uniformemente en un recipiente y nunca se va a concentrar en un rincón, lo que sería más ordenado. La entropía en un sistema sólo puede disminuir, cuando en otro lugar la entropía se incremente de forma equivalente. De esto se concluye, que la entropía siempre debe aumentar. Según Clausius, en base a estos hechos, el universo se dirige a la muerte del calor. Con esto se entiende el estado de equilibrio definitivo, en el cual la entropía haya alcanzado su valor máximo y ya no existe ningún sistema con capacidad reactiva. Artur Eddington llamó a la entropía la “flecha del tiempo”. Si la entropía se mide en  del universo se mide en dos momentos diferentes, entonces el momento con el valor mayor siempre posterior al del valor más reducido. De esta manera  la dirección del tiempo está determinada por el aumento de la entropía.

Citas de científicos: L. Boltzmann descubrió: “La energía cinética distribuida sobre las moléculas individuales de un cuerpo, siempre pasa de un estado de distribución menos probable hacia un estado de distribución más probable, pero no a la inversa. Si por ejemplo todas las moléculas del aire se encuentran al comienzo en un rincón de una pieza, entonces se distribuyen en forma pareja en esta pieza: La entropía aumenta. Pero es casi imposible que las moléculas se junten un dpia en una esquina de la pieza

Traducido del alemán por A. Gundelach. Septiembre 2012




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