Problemas del segundo principio de la termodinámica

    En este tipo de problemas, deben tenerse en cuenta los siguientes puntos:

    • Definición de entropía, S, unidades de la misma (J/K) y su relación con la reversibilidad e irreversibilidad de los procesos.

    • Los tipos de entropías: molares, de formación y de reacción (J/mol · K)

    • El hecho de que la entropía del universo no disminuye nunca, por lo que:

    • El concepto de entalpía (H)

    • La energía libre de Gibbs, G y su relación con la entalpía y la entropía:

    Problema 1. Calcular la variación de entropía que se origina al fundirse 250 g de hielo a 0 ºC, así como las variaciones de entropía que experimentan el medio ambiente y el universo durante el proceso. ¿De qué tipo es este proceso de fusión?

    Calor de fusión del hielo = 334.400 J/kg.

    Solución. El sistema está constituido por el hielo al fundirse. Dado que durante los cambios de estado la temperatura permanece constante, el calor que el hielo necesitará para fundir es:

    Q = (0,25) · 334.400 Q = 83.500 J

    La variación de entropía del sistema vendrá dada por:

    = 305,86 J/K

    El calor necesario para la fusión (83.500 J) es aportado por el medio ambiente, por lo que:

    -305,86 J/K

    Finalmente, la variación de entropía del universo será:

    Luego:

    Lo que lleva a concluir que el proceso de fusión del hielo es reversible.

    Problema 2. Una masa de 3 litros de agua a 80 ºC se deja enfriar hasta que alcanza la temperatura de 20 ºC. Calcular la variación de entropía del sistema.

    Calor específico del agua líquida = 4.180 J/kg·K.

    Solución. Como la temperatura varía a lo largo del proceso:

    siendo m la masa de agua (3 kg) y c su calor específico. Por tanto:

    Luego:

    12.540· (L 20 – L 80) = -17.384,2 J/K