Entropía y espontaneidad
Un diamante en condiciones estándar tiene una energía libre mayor que la del grafito en el que «debería» convertirse solo. Sin embargo, un anillo de diamante que se hereda en una familia de Antigua Guatemala dura generaciones sin cambiar. Saber que una reacción es espontánea no dice nada sobre si va a ocurrir rápido. En esta página vas a ver qué criterio usa la termodinámica para decidir si una transformación es posible, y por qué eso no es lo mismo que la velocidad.
Entropía: dispersión de materia y energía
Cuando cebás un mate, el agua caliente se enfría sola hasta igualar la temperatura de la cocina, pero nunca vemos que el mate se caliente solo tomando calor del ambiente. Si echás una gota de jugo concentrado en un vaso de agua, se dispersa por todo el vaso y nunca se vuelve a juntar. ¿Qué magnitud explica que los procesos naturales tengan un sentido preferente?
Energía libre de Gibbs y espontaneidad
Una compresa fría instantánea se enfría porque disolver nitrato de amonio en agua es endotérmico ($\Delta H > 0$), y aun así el proceso ocurre solo y por completo. Entonces los procesos no siempre buscan «perder calor». ¿Qué función combina calor y desorden para decidir si algo es espontáneo a temperatura y presión constantes?
La tabla vale en condiciones estándar y mientras $\Delta H^\circ$ y $\Delta S^\circ$ se puedan tomar constantes (sin cambios de fase en el intervalo).
La recta $\Delta G^\circ = \Delta H^\circ - T\Delta S^\circ$ tiene ordenada en el origen $\Delta H^\circ$ y pendiente $-\Delta S^\circ$. Probala con una reacción de $\Delta H^\circ = +40\,\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$ y $\Delta S^\circ = +0.10\,\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$: ¿dónde corta el eje $T$?
$\Delta G$, $\Delta G^\circ$ y la constante de equilibrio
Si en un recipiente ponés solo reactivos de una reacción con $\Delta G^\circ > 0$, igual se forma algo de producto. ¿Por qué el impulso de la reacción cambia con la composición de la mezcla, y cuándo se detiene exactamente?
Interpretación: si $\Delta G^\circ < 0$, $K > 1$ (predominan productos); si $\Delta G^\circ > 0$, $K < 1$ (predominan reactivos); si $\Delta G^\circ = 0$, $K = 1$. Probá en el interactivo cómo se compara $Q$ con $K$.
Tu cocina y la termodinámica
Reto del tema. ¿Es eficiente tu cocina? Evalúa la termodinámica del calentamiento de agua en tu hogar frente a la transición energética. 1. Calorimetría doméstica:…
Reto del tema. ¿Es eficiente tu cocina? Evalúa la termodinámica del calentamiento de agua en tu hogar frente a la transición energética.
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Calorimetría doméstica: Calienta $0.5\text{ kg}$ de agua en una olla pequeña durante $3\text{ min}$. Mide $T_i$ y $T_f$ (o toma la temperatura de ebullición) y calcula el calor útil absorbido mediante $Q = m \times c_e \times \Delta T$.
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Hess, enlaces y primer principio: Calcula la entalpía molar de combustión ($\Delta H^\circ$) del gas empleado (butano o metano) aplicando la ley de Hess o energías de enlace. Estima el trabajo de expansión ($W = -\Delta n_g R T$) de los gases producidos y deduce $\Delta U$. Determina el rendimiento térmico de tu cocina estimando la energía suministrada a partir de la potencia nominal del quemador (o del gas consumido) durante los $3\text{ min}$.
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Entropía y espontaneidad: Consulta en la web del INSIVUMEH la temperatura ambiental de tu municipio. Utilizando datos termodinámicos estándar tabulados, calcula $\Delta S^\circ$ y $\Delta G^\circ$ a dicha temperatura y razona la espontaneidad del proceso.
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Propuesta técnica: Redacta un informe razonado (una página) con tablas comparativas, justificando las pérdidas de calor y sugiriendo medidas prácticas de ahorro.
Se valorará:
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Rigor en el planteamiento y cálculo de variables termodinámicas ($Q$, $W$, $\Delta H^\circ$, $\Delta S^\circ$ y $\Delta G^\circ$).
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Tratamiento y coherencia de los datos experimentales caseros y los meteorológicos oficiales (INSIVUMEH).
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Capacidad de análisis crítico al interpretar el rendimiento térmico y la espontaneidad del sistema.