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INSTRUCCIONES: Desarrolle los ejercicios que siguen luego de dar lectura a la guía completa.

Segunda Ley de la Termodinámica Para comprender la espontaneidad es necesario que analicemos la magnitud termodinámica llamada entropía. La entropía ha estado asociada de diferentes formas con el grado de aleatoriedad de un sistema o con el grado de distribución o dispersión de la energía entre los diversos movimientos de las moléculas del sistema. De hecho, la entropía es un concepto multifacético, cuyas interpretaciones no se resumen con tanta facilidad por medio de una simple definición. Para efectos de nuestras clases, consideraremos cómo relacionar los cambios de entropía con la transferencia de calor y la temperatura. Nuestro análisis nos llevará a una profunda conclusión sobre la espontaneidad, a la cual llamamos la segunda ley de la termodinámica.

En términos generales, la entropía aumenta a medida que el sistema se desordena, y disminuye cuando aumenta el orden. Los cambios de estado, la disolución de un sólido en un líquido, la mezcla de gases, las reacciones químicas en las que aumenta el número de moles, son ejemplos donde aumenta la entropía. En general, cualquier proceso irreversible resulta en un aumento general de entropía, mientras que un proceso reversible no genera un cambio general de entropía. Esta afirmación general se conoce como la segunda ley de la termodinámica. La suma de la entropía de un sistema más la entropía del entorno es todo lo que hay, y entonces nos referimos al cambio de entropía total como el cambio de entropía del universo. Por lo tanto podemos enunciar la segunda ley de la termodinámica en términos de las siguientes ecuaciones:

Guía Nº9 de Química IIIº medio A - C

NIVEL: 3° Medio ANEXO: CENTRAL

ASIGNATURA: Química DOCENTE: Constanza Méndez Cofré

FECHA DE ENVIO: 02 de julio CORREO DOCENTE: constanza.mendez@sanignaciodetalca.cl

HORARIO DE CONSULTA: 10:00 a 12:00 hrs.

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: Comprender espontaneidad y reversibilidad en procesos químicos.

DepartamentodeCiencias/QuímicaProfesoraConstanzaMéndezC.

ESPONTANEIDAD

Se dice que un proceso que ocurre por cuenta propia sin intervención alguna del exterior es espontáneo. Un proceso espontáneo es aquel que ocurre por sí mismo, sin ayuda externa alguna. Un proceso espontáneo ocurre en un sentido definido. Imagine que observa un video en el que un ladrillo se eleva desde el suelo. Podría concluir que el video está corriendo en sentido inverso; ¡los ladrillos no se elevan mágicamente desde el suelo! Un ladrillo que cae es un proceso espontáneo, mientras que el proceso inverso es no espontáneo.

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Entropía 𝑄𝑟𝑒𝑣𝑇

Q rev es el calor involucrado en proceso reversible a una temperatura T

Esta propiedad (S) es tal que en un proceso irreversible o real siempre aumenta. Una forma simple de enunciar la segunda ley de la termodinámica es:

La entropía (S) es una función de estado. En un proceso reversible, la entropía del universo es constante. En un proceso irreversible, la entropía aumenta, es decir tiende

hacia el desorden.

La variación de entropía para una reacción se calcula como: 4.- ENERGÍA LIBRE DE GIBSS Cuando la entropía se mide en condiciones estándar, ésta se llama Entropía de formación estándar (ΔS0f). Podemos hacer varias observaciones con respecto a los valores de S°:

1. A diferencia de las entalpías de formación, las entropías molares estándar de los elementos a la temperatura de referencia de 298 K no son cero.

2. Las entropías molares estándar de los gases son mayores que las de los líquidos y sólidos, lo que es consistente con nuestra interpretación sobre las observaciones experimentales.

3. Las entropías molares estándar por lo general aumentan cuando aumenta la masa molar.

4. Las entropías molares estándar por lo general aumentan cuando aumenta el número de átomos en la fórmula de una sustancia.

Movimientos moleculares. Las moléculas pueden presentar tres tipos de movimiento:

ü Movimiento de traslación: La molécula completa puede moverse en un sentido,

como en los movimientos de las partículas de un gas ideal o los movimientos de objetos más grandes, como una pelota de béisbol que se lanza a través de un campo de béisbol. Las moléculas de un gas tienen más libertad de movimiento de traslación que las de un líquido, las cuales a su vez tienen mayor libertad de traslación que las moléculas de un sólido.

ü Movimiento vibratorio: Los átomos de la molécula se mueven periódicamente

acercándose y alejándose entre sí, de forma parecida a como vibra un diapasón alrededor de su forma de equilibrio.

ü Movimiento de rotación: Las moléculas pueden poseer movimiento de rotación,

como si estuvieran girando como trompos.

ΔSr = ∑n S

productos - ∑n

S

reactivos

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Actividades

Item I. Observe las siguientes imágenes y responda.

1. ¿Qué imágenes representan procesos que ocurren en forma espontánea? ¿Cuáles no ocurren espontáneamente?

2. Observa la imagen de fusión del hielo. Es sabido que la fusión ocurre cuando T > 0 °C y la solidificación cuando T < 0 °C. ¿Qué sucedería si la temperatura se mantuviera constante en los 0 °C?

3. De los procesos que han sido clasificados como “espontáneos”, ¿podría alguno de ellos ser reversible, es decir, invertirse?

4. De los procesos que han sido clasificados como “no espontáneos”, ¿en qué condiciones serían espontáneos?

Item II. 1. En la siguiente imagen se observa que hay dos gases en un balón:

a. ¿Qué sucederá con la entropía del sistema, si se abre la llave de paso que está en el centro

del balón?

b. ¿Qué sucedería si aumentamos la temperatura del gas? ¿Qué ocurre con la entropía?

2. Observa atentamente las siguientes ecuaciones químicas, que representan respectivamente los siguientes procesos:

En cada caso indica:

• ¿La entropía aumenta o disminuye?

• A la luz de los ejemplos revisados, ¿por qué es importante la entropía?

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3. Imagina que tienes una taza de té recién servida sobre la mesa, por lo cual supondremos que tiene una temperatura aproximada de 98ºC.

a. ¿Cuál es el sistema y cuál el entorno?

b. ¿Qué valor (positivo o negativo) debería tener la variación de energía interna del sistema

y del entorno?

c. ¿El sistema libera o absorbe calor del entorno (+q o -q)? ¿Qué sucede con el entorno? d. Si ΔS =&

' ¿cuál sería la expresión de entropía para el sistema y cuál para el entorno?

e. A la luz de tus respuestas, ¿qué significa el siguiente postulado y cómo se aplica al caso

estudiado?

“Cada vez que el calor fluye de un cuerpo caliente a uno más frío, la energía total no

cambia, pero la entropía aumenta, característica fundamental de un proceso irreversible o

espontáneo”.