Secundaria ¿En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

[hami]

Hola:

Ese es el lio que me he montado. Me ha parecido ver que no por ser endotérmica tiene que acarrear aumento de entropia y cuentan que eso está relacionado con el número de moléculas,enlaces y estado físico de las sustancias. Pero si calculamos la variación de entropía como S=Q/T nos quedaría siempre un incremento positivo no? Y por eso pienso que algo estoy razonando mal.Podeis ayudarme?
Todo esto me vino leyendo los típicos artículos de la termodinámica de la vida y me daba el cante el que los vegetales absorban calor radiante en la fotosíntesis, de modo que para mi con lo de S=Q/T sería un aumento en su entropía.Pero las moléculas que así sintetizan son mucho más ordenadas luego debería disminuir la entropía no? Además se hartan de decir que los vegetales se alimentan de "entropía negativa" del sol.Por eso me lio con lo que os acabo de explicar. Sacadme de mi error!!

Muchas gracias por adelantado como siempre!

[pod]

Re: En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

¿La entropía de qué?

Lo que te asegura el 2o ppo. es que la entropía total (del entorno más el sistema) debe aumentar (o permanecer constante) en cualquier proceso natural.

En un proceso endotérmico (entra calor al sistema), el entorno cede calor, por lo que su entropía disminuye. Por ese motivo es más raro que los procesos endotérmicos sean espontáneos; para que lo puedan ser, el aumento de entropía del sistema tiene que ser mayor (o, como poco, igual) que la del entorno. No es lo más normal, pero se puede dar.

[hami]

Re: En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

Siempre me he referido a la entropía del sistema,no la del entorno. Según he visto por ahí la entropía de uan reacción se puede calcula restando las entalpías normales de los productos menos la de los reactivos, de modo que dependiendo de los valores de estas una reacción endotérmica podría tener disminución de entropía pero como el sistema está recibiendo calor me parece una contradicción. Entiendo que para una reacción no puedo utilizar el Q/T para determinar la variación de entropía,pero no se me ocurre ninguna razón que lo sustente.
Alguna idea más??
Saludos!

[pod]

Re: En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

Según he visto por ahí la entropía de uan reacción se puede calcula restando las entalpías normales de los productos menos la de los reactivos, de modo que dependiendo de los valores de estas una reacción endotérmica podría tener disminución de entropía pero como el sistema está recibiendo calor me parece una contradicción.

Bueno, la variación de entalpía es

$$\dd H = T \dd S + V \dd p\ ,$$

es decir, puedes sacar la entropía de la entalpía si el proceso es a presión constante (como es el caso de un recipiente abierto, la presión siempre es la atmosférica y no cambia, $\dd p = 0$).

Por otra parte, por definición $T\dd S$ es el calor... Si esto te da negativo, quiere decir que no es endotérmica, ¿no? A presión constante, la diferencia de entalpías es directamente el calor.

Entiendo que para una reacción no puedo utilizar el Q/T para determinar la variación de entropía,pero no se me ocurre ninguna razón que lo sustente.

Siempre puedes utilizar eso. La única razón por la que no puedas utilizarlo es que la temperatura no sea constante, en ese caso simplemente usa diferenciales, $\dd S = \dd q / T$.

[skynet]

Re: En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

[FONT=Verdana]hola hami,[/FONT]

sí, en todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía.

[FONT=Verdana]siempre puedes usar dS=dQ/T ya que es así como se define la variacion de entropía.[/FONT]

[FONT=Verdana]para darte una explicación clara debo concretar algunos conceptos fundamentales:[/FONT]

[FONT=Verdana]¿de que trata la termodinamica y en concreto el segundo principio?....pues trata de la conversion de energía termica en trabajo, el trabajo es la forma mas alta de energía mientras que la E.termica es una forma de energía de baja calidad, solo una parte de ella se puede convertir en trabajo y cuanto esté a menos temperatura menos cantidad de E.termica podemos convertir en trabajo.[/FONT]

[FONT=Verdana]Si yo tengo una cantidad dada de energía termica E hay una parte de esta energía que no podré convertir en trabajo , esto es lo que mide la entropía.[/FONT]

[FONT=Verdana]Así pues una cantidad de energía se divide en dos partes: energía que sí se puede convertir toda en trabajo (también se le llama exergía)y energía que no se puede convertir en trabajo (que llamamos anergía, un concepto relacionado con la entropía) y las cantidades dependen de la temperatura del sistema.[/FONT]

[FONT=Verdana]por lo tanto, cuando entra energía en un sistema, aumentan ambas partes, tanto la energía que sí se puede convertir en trabajo (exergía),por eso aumenta su orden, como la que no puede convertirse en trabajo (entropía), aunque parezca mentira, una cosa no esta reñida con la otra, ten en cuenta que la energía total del sistema ha aumentado.[/FONT]

[FONT=Verdana]En un sistema aislado, como la energía total permanece constante, un aumento de la entropía tiene que producirse a costa de una disminucion de la exergía, pero en un sistema no aislado como el que tú propones pueden aumentar ambas magnitudes.[/FONT]

respecto al caso de las plantas:
1- reciben energía radiante del sol, la superficie del sol está a 5000 grados de modo que la entropía que reciben es poca en comparacion con la energía recibida
2-las plantas disipan energía al ambiente, al realizar este proceso disminuye su entropía en la misma cantidad en que aumento al recibir energía del sol, pero como en este caso la energia la transfieren al medio a 20 grados con muy poca energía disminuyen la entropía en la misma cantidad que recibieron del sol.

en resumen las plantas se comportan como una máquina térmica que toma energía del foco caliente (el sol) y la disipan en el foco frío (el ambiente), toman mas energía del foco caliente que la que disipan en el frío y la diferencia es el trabajo que realizan para unir los atomos y formar los enlaces químicos.
.....y la entropía que toman del foco caliente es la misma que ceden al foco frío (pero a diferentes temperaturas) de modo que su entropía permanece constante.

[FONT=Verdana]saludos[/FONT]

[carroza]

Re: En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

en resumen las plantas se comportan como una máquina térmica que toma energía del foco caliente (el sol) y la disipan en el foco frío (el ambiente), toman mas energía del foco caliente que la que disipan en el frío y la diferencia es el trabajo que realizan para unir los atomos y formar los enlaces químicos.
.....y la entropía que toman del foco caliente es la misma que ceden al foco frío (pero a diferentes temperaturas) de modo que su entropía permanece constante.

[FONT=Verdana]saludos[/FONT]

Creo que esto no es correcto. Las plantas no son máquinas térmicas ideales, reversibles, por lo que al final aumentan la entropía del universo.

Si la entropía de una planta permaneciera constante, sería posible invertir los procesos de fotosíntesis, con lo cual partiendo de una planta a temperatura ambiente, podriamos consumir glucosa y oxígeno y producir CO_2 y luz visible.

Yo diría que una planta toma calor del sol (esto disminuye la entropía del universo en Q/T_sol), emplea parte de la energía en trabajo (reacciones quimicas, etc) W=Q-Q', y una parte importante la cede al ambiente,
aumentando la entropía en (Q'/T_a). Siempre el efecto neto es aumentar la entropía del universo.

[skynet]

Re: En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

hola carroza,

la planta recibe entropía del sol y cede una cantidad mayor al ambiente :la que recibe del sol mas las producidas por sus irreversibilidades (para una planta "ideal" la cantidad cedida al ambiente séría la misma que la recibida).

de modo que la entropía del universo aumenta......pero la entropía de la planta permanece constante.....igual que sucede con todas las máquinas termicas.

saludos

[hami]

Re: En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

Gracias supernena,gracias carroza. Todavía hay algunos puntos que no me quedan del todo claro.
- ¿por qué la cantidad de energía que se puede convertir en trabajo es menor a menos temperatura? Se puede evaluar cuantitativamente?
- hablas de que parte de la energía que abosorbe del sol es digamos exergía y la otra no, pero esto no te lo planteas por ejemplo cuando analizas el rendimiento de un ciclo de carnot. En el tramo isotermo absorbe Q a temperatura T y la entropía del gas aumenta en Q/T.¿Por qué aquí no se diferencia entre la parte de exergía y la parte de entropía? Para nosotros todo el calor entrante es creador de entropía no?
- Y vuelvo a la pregunta inicial ¿si una reacción es endotérmica tiene aumento de entropía siempre? Dices que toma más energía del foco caliente que la que disipa en el frío,luego el proceso ¿es endotérmico? ¿Por qué entonces no aumenta la entropía y con ello el desorden de sus estructuras?
- Por último lo de que las plantas se alimentan de entropía negativa.Pequeña puede,pero negativa? en qué modo?

Gracias de nuevo

[skynet]

Re: En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

hola hami, repondo a tus preguntas:

- ¿por qué la cantidad de energía que se puede convertir en trabajo es menor a menos temperatura? Se puede evaluar cuantitativamente?

Eso es una consecuencia de la segunda ley de la termodinamica, sí se puede evaluar cuantitativamente calculando al exergía.

La exergía es una magnitud termodinámica que indica el máximo trabajo teórico que se puede alcanzar por la interacción espontánea entre el sistema cerrado y entorno. Informa de la utilidad potencial del sistema como fuente de trabajo.

La exergía se define como A = (E − U0) + p0(V − V0) − T0(S − S0) donde E representa la energía del sistema, suma de la energía interna (U) más la cinética y potencial. V u S son el volumen y la entropía del sistema, p es la presión del sistema. El subíndice 0 se utiliza para designar el valor que alcanzarían estas magnitudes si se deja interactuar libremente al sistema y el entorno, hasta alcanzar el equilibrio termodinámico (estado muerto).

- hablas de que parte de la energía que abosorbe del sol es digamos exergía y la otra no, pero esto no te lo planteas por ejemplo cuando analizas el rendimiento de un ciclo de carnot. En el tramo isotermo absorbe Q a temperatura T y la entropía del gas aumenta en Q/T.¿Por qué aquí no se diferencia entre la parte de exergía y la parte de entropía? Para nosotros todo el calor entrante es creador de entropía no?

No, en el ciclo de carnot sucede exactamente lo mismo, no toda la energía absorbida del foco caliente puede transformarse en trabajo, de ahí los calculos de rendimiento del ciclo, el rendimiento depende de las temperaturas de los focos, el motivo es que cuanto á mas temperatura este el foco caliente entrará menos entropía por julio absorbido y cuanto menos temperatura este el foco frío necesitaremos disipar menos energía en el para ceder toda la entropía absorbida anteriormente del foco caliente de modo que podremos transformar mas energía en trabajo.

En las máquinas térmicas puede usarse el concepto de exergía sin ningún problema.....de hecho existen tratados de analisis exergético aplicado a máquinas térmicas.

las cosas son así: el foco caliente cede energía y entropía a la máquina y la máquina tiene que ceder toda esa entropía al foco frío, para ello necesita ceder energía al foco frío, cuanto a menos temperatura esté menos calor será necesario cederle.

- Y vuelvo a la pregunta inicial ¿si una reacción es endotérmica tiene aumento de entropía siempre? Dices que toma más energía del foco caliente que la que disipa en el frío,luego el proceso ¿es endotérmico? ¿Por qué entonces no aumenta la entropía y con ello el desorden de sus estructuras?

1-si un sistema absorbe energía termica aumenta la entropía de ese sistema siempre.
2-si un sistema disipa energía termica disminuye la entropía de ese sistema siempre.

3-en el caso de una máquina termica (y de una planta) el resultado neto de los los procesos de absorcion + disipacion es que la entropía es constante y es un proceso endotermico en su conjunto por la diferencia de temperaturas a las que se absorbe y disipa la energía.

- Por último lo de que las plantas se alimentan de entropía negativa.Pequeña puede,pero negativa? en qué modo?

en principio no estoy de acuerdo con esta afirmación.

[hami]

Re: En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

Bien. Creo que me voy aclarando en los aspectos termodinámicos.más matemáticos,por ejemplo, veo claro que si la función de Gibbs es G=H-TS(es que no sé como poner el símbolo de incremento) toda reacción endotérmica con H>o obliga a q la entropía crezca para que la función de Gibbs disminuya y por tanto el proceso sea espontáneo. No veo tan claros los aspectos biológicos.P ej,si la entropía de la planta aumenta,al menos mientras abosorbe energía,como es que en esa fase sintetiza hidratos de carbono.Dicho con otras palabras. Desde el punto de vista del orden molecular,la molécula de glucosa es más o menos ordenada que las de los componentes que la sintetizaron.Porque el proceso de creación de la glucosa(p.ej) es endotérmico no? debería aumentar el desorden? es menos ordenada esta molécula?
No sé si estoy pisando un terreno más complejo que es el de la biología,pero me gustaría saber que compuestos ordenados y cuales desordenados genera la fotosíntesis y ver en que medida concuerdan con los tramos en los que se introduce entropía o en los que se disipa.

Un saludo!!

[polonio]

Re: En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

hola carroza,


de modo que la entropía del universo aumenta......pero la entropía de la planta permanece constante.....igual que sucede con todas las máquinas termicas.

Bueno, la entropía de un sistema no varía tras un ciclo por ser la entropía función de estado (da igual que el proceso sea o no reversible o ideal...), y tras un ciclo se vuelve al estado inicial.

Pero, ¿un planta funciona como una máquina cíclica? Si en tu modelo se considera así, vale. Pero no creo que una planta funcione cíclicamente.

[skynet]

Re: ¿En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

Polonio,

¿insinuas que las plantas acumulan entropía ilimitadamente?.

[skynet]

Re: ¿En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

hami,

no creo que puedas usar la entropía como medida del desorden en sistemas no aislados

[Entro]

Re: ¿En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

Si se puede calcular el desorden de sistemas no aislados.

Las plantas y los organismos vivos y otros más, son sistemas que no están en equilibrio, lo que tiene una primera consecuencia, las leyes de la termodinámica del equilibrio no aplican...

Así que una planta no aumenta su entropía, la reduce, por ser un sistema en no equilibrio sujeto a flujos continuos de energía y entropía... Pero de esto se ocupa la termodinámica del no-equilibrio...

[skynet]

Re: ¿En todas las reacciones endotérmicas aumenta la entropía?

Una planta no transforma toda la energía luminica en trabajo

El rendimiento de una planta no puede ser superior al de una máquina termica trabajando entre los mismos focos, la energía desaprobechada debe por lo tanto ser igual o superior al de la maquina térmica y si disipamos esta energia al ambiente disminuirá la entropía de la planta de igual manera.

la energía sobrante solo tiene dos caminos:

1-acumularse en la planta aumentando su temperatura ilimitadamente, cosa que no sucede.

2-disiparse al ambiente disminuyendo la entropía de la planta igual que sucede con las maquinas térmicas y al igual que en ellas el resultado neto entre entropía entrante , saliente y generada es que la entropía de la planta permanece constante.