Entropía y espontaneidad
El grafito tiene menor energía de Gibbs que el diamante, así que la conversión de diamante a grafito es espontánea, pero extremadamente lenta. Por eso los anillos de diamante duran milenios sin cambiar. Saber que una reacción es espontánea no dice nada sobre si va a ocurrir rápido: la energía de Gibbs y la energía de activación responden a preguntas distintas, y confundirlas es uno de los errores más comunes de este tema.
Entropía: dispersión de la energía
Si dejas caer una gota de tinta en un vaso con agua, el colorante se dispersa de forma uniforme por todo el volumen, pero jamás observamos que las moléculas de tinta vuelvan a agruparse solas en una esquina del vaso: ¿qué magnitud física explica por qué los procesos naturales avanzan en un solo sentido?
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 Servicio Meteorológico Nacional (NWS) la temperatura ambiental de tu ciudad. 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 evaluará:
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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 (NWS).
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Capacidad de análisis crítico al interpretar el rendimiento térmico y la espontaneidad del sistema.
Energía de Gibbs y espontaneidad
Al disolver nitrato de amonio en agua dentro de una bolsa de frío instantáneo (cold pack), el recipiente se enfría con fuerza porque la disolución es endotérmica ($\Delta H > 0$) y, a pesar de ello, transcurre sola y por completo: si los procesos no siempre buscan el mínimo de energía calorífica, ¿qué función balancea calor y desorden para dictaminar la espontaneidad a presión y temperatura fijas?
La tabla siguiente se refiere a condiciones estándar ($Q=1$) y al intervalo en que se puedan considerar constantes $\Delta H^\circ$ y $\Delta S^\circ$, sin cambios de fase. El umbral calculado para el carbonato supone además presión parcial estándar del $\mathrm{CO_2}$.
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 Servicio Meteorológico Nacional (NWS) la temperatura ambiental de tu ciudad. 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 evaluará:
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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 (NWS).
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Capacidad de análisis crítico al interpretar el rendimiento térmico y la espontaneidad del sistema.
$\Delta G$, $\Delta G^\circ$ y la constante de equilibrio
Si introduces exclusivamente reactivos en un matraz Erlenmeyer para una transformación con $\Delta G^\circ > 0$, la mezcla comienza a formar productos al instante a pesar de estar 'desfavorecida' sobre el papel: ¿por qué el impulso de avance real cambia según la proporción instantánea de sustancias y cuándo se detiene exactamente?
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 Servicio Meteorológico Nacional (NWS) la temperatura ambiental de tu ciudad. 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 evaluará:
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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 (NWS).
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Capacidad de análisis crítico al interpretar el rendimiento térmico y la espontaneidad del sistema.