Fundamentos del Segundo Principio de la Termodinámica: Espontaneidad y Energía Disponible
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El Segundo Principio de la Termodinámica: Dirección y Disponibilidad Energética
La Disipación de la Energía y el Trabajo Útil
La energía que se disipa como calor, resultado de una conversión energética, no se ha perdido en términos absolutos, ya que permanece presente en el movimiento aleatorio de los átomos y moléculas. Sin embargo, se ha perdido para todo propósito práctico: ya no está disponible para realizar un trabajo útil.
Predicción de la Dirección de los Procesos
Este principio predice la dirección de todos los acontecimientos que implican intercambios energéticos al establecer que, en todos los intercambios energéticos, si en el sistema en estudio no entra ni sale energía, la energía potencial del estado final será siempre menor que la energía potencial del estado inicial.
Clasificación de Procesos según el Intercambio Energético
- Proceso Exergónico: Es un proceso que libera energía, donde la energía potencial del estado final es menor que la del estado inicial. Según el Segundo Principio, solo los procesos exergónicos pueden ocurrir espontáneamente.
- Nota sobre Espontaneidad: La espontaneidad es un término que no indica nada acerca de la velocidad con que ocurre ese proceso, solo si es termodinámicamente posible o no.
- Proceso Endergónico: Es un proceso que requiere energía, donde la energía potencial final es mayor que la inicial. Para que ocurra, se requiere un ingreso de energía mayor que la diferencia energética entre los productos y reactivos.
El Factor Entalpía (ΔH) y las Excepciones
Un factor importante para determinar si una reacción es exergónica es el ΔH (cambio en el contenido calórico o entalpía de un sistema).
Por lo general, una reacción exergónica es exotérmica (ΔH < 0). Sin embargo, existen excepciones donde una reacción exergónica puede ser endotérmica (ΔH > 0).
Ejemplo: Descomposición Endotérmica y Espontánea
Por ejemplo, el pentóxido de dinitrógeno se descompone espontáneamente y con fuerza explosiva en dióxido de nitrógeno y oxígeno, y durante este proceso se absorbe calor (ΔH > 0).
Ecuación de Descomposición:
2 N2O5(s) → 4 NO2(g) + O2(g)
ΔH = +26,18 kcal/mol
La Influencia de la Entropía (El "Otro Factor")
Esto demuestra que, además de la pérdida o ganancia de calor (entalpía), otro factor afecta también al cambio de energía potencial de un sistema y, por lo tanto, a la dirección en que ocurre ese proceso.
Otros ejemplos de procesos endotérmicos espontáneos incluyen la fusión del hielo o la ebullición del agua, que absorben calor pero ocurren espontáneamente en condiciones apropiadas.
En el caso del pentóxido de dinitrógeno, la espontaneidad se debe a que un sólido se transforma en dos gases, y dos moléculas se transforman en cinco. Este aumento significativo en el desorden molecular (entropía) es el factor que compensa la absorción de calor, asegurando que el proceso sea globalmente exergónico.