Ensamble de Ideas

Entropía

Si te encuentras estudiando calorimetría, es posible que hayas llegado al estudio de la segunda ley de termodinámica. Sin embargo, junto con ella aparecerán palabras que te parecerán un poco extrañas, como -por ejemplo- el término “entropía”. Si bien pare ce una palabra poco usual en nuestro vocabulario, es muy sencillo de entender.

Piensa al término “entropía” como un sinónimo de “caos”. Como sabes, las moléculas se mueven incesantemente. Por ejemplo, un gas es un estado de la materia en donde el movimiento de las partículas es muy veloz y aleatorio. Cuando más caliente el gas, mayor será la velocidad de sus partículas. Esto nos hace pensar en un estado caótico en donde las partículas parecen chocar unas contra otras y contra las paredes del recipiente que las contiene.

El “caos” del sistema puede cuantificarse mediante valores de entropía. Cuanto más caótico es un sistema, más entrópico será el mismo. Es común denotar a esta magnitud con la letra S.

De esta manera, podemos decir que el estado gaseoso es un estado muy entrópico. Sin embargo, no significa que sea el único estado caótico de la materia. Como todas las partículas tienden a moverse (ya sea libremente o vibrando), podemos decir que todos los estados de la materia tienen cierto grado de entropía.

A saber, el estado gaseoso es más entrópico que el líquido. A su vez, el líquido es un estado más entrópico que el sólido. De esta forma, podemos armar el siguiente esquema:

Variación de entropía (ΔS)

Para calcular la variación de entropía de un sistema que está experimentando un cambio de estado a presión constante, se requiere la sencilla utilización de la ecuación:

\( \Delta S=\frac{Q}{T}\)
(Ecuación 1)

…en donde \( \Delta S \) representa el cambio de entropía, Q el calor cedido o entregado y T, la temperatura absoluta (es decir, la temperatura en kelvin).

Si el sistema está vaporizándose, significa que está pasando del líquido al gaseoso, por lo que la entropía aumenta, al igual que si ocurre una fusión.

Si el sistema está condensando, significa que está pasando del gas al líquido , por lo que la entropía disminuye, al igual que si ocurre una solidificación.

Ejemplo de variación de entropía en un cambio de estado.

Hagamos el ejercicio planteado a manera de práctica.

1. 24 gramos de amoníaco están siendo vaporizados en su punto de ebullición, a unos -33,34ºC. ¿Cuánto variará la entropía del sistema cuando se realiza dicho experimento, sabiendo que el calor latente de vaporización del amoníaco es de 327 cal/g?

Para resolverlo, veamos que contamos con los siguientes datos:

\( m=24g\)
\( L_{V}=327\frac{cal}{g}\)
\( T_{eb}=-33,34_{ }^{\circ}\textrm{C} =239,66K\)

Nótese que hemos pasado los grados Celsius a Kelvin[note]Para hacerlo, sólo debes sumar 273 al valor de los grados Celsius. Por ejemplo: \( -33,34 ^{\circ}C +273=239,66K \)[/note]. Debido a que el ejercicio nos dice que el sistema se encuentra vaporizándose, debemos calcular cuánto calor está involucrado en eso. Para ello, tenemos que calcular el calor latente debido a que el sistema está experimentando un cambio de estado. (¿Podrías colocarnos en comentarios por qué NO se debe utilizar el calor sensible?). ¿No te acordás cómo realizar ejercicios de calor latente? No te preocupes, en este artículo de Ensamble de Ideas te explicamos cómo hacerlos. Sigamos:

\( Q_{L}=m\cdot L_{V} \)
\( Q_{L}=24g\cdot 327\frac{cal}{g}\)
\( Q_{L}=7848cal \)

Una vez calculado este calor, apliquemos la ecuación 1:

\( \Delta S=\frac{Q}{T}\)
\( \Delta S=\frac{7848cal}{239,66K}\)
\( \Delta S=32,75\frac{cal}{K}\)

Por último, vemos el signo de \( \Delta S\). Como el sistema está vaporizándose, significa que está pasando del líquido al gaseoso, por lo que la entropía aumenta (el gas es más entrópico que el líquido). Por eso, el signo de \( \Delta S\) es positivo. Si estuviese pasando del gaseoso al líquido (es decir, si estuviese condensándose), sería negativo.

Video sobre cálculo de la Diferencia de Entropía (ΔS) para cambios de estado.

Te dejamos un sencillo video en donde te explicamos dos ejemplos de cálculo de Diferencia de Entropía () para cambios de estado. ¡No te olvides de compartirlo!