Tema: SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

Física y Química

Curso: 2º Bachillerato

Carlos Trullén Calvo

Índice

Segundo Principio de la Termodinámica

Carlos Trullén Calvo 2

1. Segundo Principio de la Termodinámica

2. Qué es la entropía

3. Energía de Gibbs

1. Segundo Principio de la Termodinámica

Segundo Principio de la Termodinámica

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Enunciado: Todos los tipos de energía evolucionan de un estado localizado a un estado disperso, siempre y cuando las restricciones del entorno lo permitan.

Postulado: Cuando en un sistema cerrado se elimina una restricción, el nuevo estado de equilibrio es aquel en el que la entropía del sistema es la mayor de todas las posibles.

La entropía es una función de estado, que depende de los

parámetros extensivos del sistema (energía interna, volumen y composición molar).

Cuando se elimina una restricción, la entropía del sistema en el

estado final es siempre ≥ la entropía del estado inicial.

Si la variación de entropía es cero decimos que el proceso es reversible. Si es positiva, decimos que el proceso es irreversible.

Entonces, la entropía debe de darnos una idea de la dispersión de energía de un sistema.

2. Qué es la entropía

Segundo Principio de la Termodinámica

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La entropía es una medida del número de microestados consistentes con las restricciones macroscópicas impuestas.

En un sistema macroscópico se están produciendo continuamente transiciones entre los distintos estados cuánticos microscópicos posibles.

E0

E1

E2

En …

…

Un estado macroscópico Muchos estados microscópicos posibles

𝑆 = 𝑘𝐵 ∙ 𝑙𝑛Ω S = entropía del sistema kB = constante de Boltzmann Ω = número de microestados posibles

3. Energía de Gibbs

Segundo Principio de la Termodinámica

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• Dado que QP = ΔH y ΔS≥Q/T

• Entonces, la variación de entropía total (en el sistema y en el entorno, es decir, en el

universo entero) es:

• Llamemos ΔG al cambio de energía producido en el sistema que ha ocasionado la variación de entropía en el universo, entonces:

• Definimos la función de estado G (energía de Gibbs) de un sistema como:

∆𝐻 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 = −∆𝐻 (𝑒𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜) ∆𝐻 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎

𝑇= −

∆𝐻 (𝑒𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜)

𝑇 → ∆𝑆 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 ≥ −

∆𝐻 (𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎)

𝑇

∆𝑆 𝑢𝑛𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜 = ∆𝑆 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 + ∆𝑆 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 ≥ −∆𝐻 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎

𝑇+ ∆𝑆(𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎)

→

∆𝑆 𝑢𝑛𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜 = −∆𝐺 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎

𝑇 ∆𝐺 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 ≤ ∆𝐻 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 − 𝑇 ∙ ∆𝑆 (𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎) →

𝐺 = 𝐻 − 𝑇 ∙ 𝑆

Entorno

T, P

Supongamos un sistema que experimenta un proceso a presión P y temperatura T constantes

Sistema

Q