Page 809 - Quimica - Undécima Edición

17.2 Procesos espontáneos 779

a termodinámica es una amplia disciplina científi ca y de grandes alcances, que tiene relación
Lcon la interconversión del calor y otras formas de energía. La termodinámica permite utilizar
la información obtenida en los experimentos de un sistema para llegar a conclusiones sobre otros
aspectos del mismo sistema, sin tener que hacer más experimentos. Por ejemplo, en el capítulo 6
estudiamos que es posible calcular el calor de reacción a partir de las entalpías estándar de forma-
ción de las moléculas de los reactivos y de los productos. En este capítulo se presenta la segunda
ley de la termodinámica y la función de energía libre de Gibbs. También se analiza la relación entre
la energía libre de Gibbs y el equilibrio químico.

17.1 Las tres leyes de la termodinámica

En el capítulo 6 estudiamos la primera de las tres leyes de la termodinámica, la cual es-
tablece que la energía puede convertirse de una forma en otra, pero no puede crearse ni
destruirse. Una medida de estos cambios es la cantidad de calor que un sistema libera o
absorbe durante un proceso a presión constante, que los químicos defi nen como “cambio
de la entalpía” (DH).
La segunda ley de la termodinámica explica por qué los procesos químicos se ven
favorecidos en una dirección. La tercera ley es una extensión de la segunda y se estudia-
rá brevemente en la sección 17.4.

17.2 Procesos espontáneos

Uno de los principales objetivos al estudiar termodinámica, al menos en lo que respecta
a los químicos, es poder predecir si ocurrirá alguna reacción cuando se mezclen los reac-
tivos en condiciones especiales (por ejemplo, a cierta temperatura, presión y concentra-
ción). Conocer esto es importante para una persona que se dedica a la síntesis de
compuestos en un laboratorio de investigación o a la manufactura de productos químicos
Una reacción espontánea no necesa-
a nivel industrial; también resulta útil para entender los complicados procesos biológicos riamente signifi ca una reacción instan-
de una célula. Una reacción que sí ocurre en determinadas condiciones se llama reacción tánea.
espontánea . Si no ocurre en esas condiciones se dice que es no espontánea. Todos los días
observamos procesos físicos y químicos espontáneos, entre los que se incluyen muchos
de los siguientes ejemplos:
• En una cascada el agua cae, pero nunca asciende espontáneamente.
• Un terrón de azúcar se disuelve en forma espontánea en una taza de café, pero el
azúcar disuelto nunca reaparece espontáneamente en su forma original.
• El agua se congela de modo espontáneo por debajo de 0°C y el hielo se funde de
manera espontánea por arriba de 0°C (a 1 atm).
• El calor fl uye de un objeto más caliente a otro más frío, pero el proceso inverso nunca
ocurre en forma espontánea.
• La expansión de un gas en un recipiente al vacío es un proceso espontáneo [fi gura
17.1a)]. El proceso inverso, es decir, la aglutinación de todas las moléculas dentro de
un recipiente, no es espontáneo [fi gura 17.1b)].
• Un trozo de sodio metálico reacciona de manera violenta con agua para formar
hidróxido de sodio e hidrógeno gaseoso. Sin embargo, el hidrógeno gaseoso no reac-
ciona con el hidróxido de sodio para formar agua y sodio.
Un proceso espontáneo y uno no
• El hierro expuesto al agua y al oxígeno forma herrumbre, pero ésta nunca vuelve espontáneo.
espontáneamente a convertirse en hierro. ©Harry Bliss. Publicado originalmente en New
Yorker Magazine.
Estos ejemplos muestran que los procesos que ocurren en forma espontánea en una direc-
ción no pueden ocurrir de manera espontánea en la dirección opuesta bajo las mismas
condiciones.
Si suponemos que los procesos espontáneos ocurren para disminuir la energía de un
sistema , es posible explicar por qué una pelota rueda hacia abajo de una colina y los re-