Tercera Ley de la Termodinámica

Los componentes de una sustancia tienen energía cinética, que aparece como diferentes tipos de movimiento molecular, incluidos los movimientos de traslación, rotación y vibración. Con mayor movimiento molecular, una sustancia tiene más formas de distribuir la energía cinética entre sus componentes;es decir, tiene un mayor número de microestados posibles. La tercera ley de la termodinámica establece que a cero kelvin, también conocido como cero absoluto, la entropía de una sustancia pura, y perfectamente cristalina es cero.

A cero kelvin, los componentes de un cristal no tienen energía cinética ni movimiento molecular, lo que significa que solo pueden ocupar una posición fija. Por lo tanto, estos componentes tienen un microestado singular, y W es igual a 1. Si resolvemos la ecuación de Boltzmann, la entropía es igual a cero.

Hay dos consecuencias principales de la tercera ley de la termodinámica. Primero, a temperaturas superiores al cero absoluto, la entropía de todas las sustancias debe ser positiva. En segundo lugar, todos los valores de entropía se pueden medir con base en un punto de referencia fijo:la entropía en el cero absoluto.

Usando esta referencia, la entropía molar estándar, S es la entropía de 1 mol de una sustancia en condiciones de estado estándar. Los valores de la entropía molar estándar, en julios por mol kelvin, se pueden encontrar en las tablas de referencia. El que una sustancia tenga una entropía molar estándar alta o baja depende de varios factores, incluido el estado físico de la sustancia, su masa molar y la forma específica de la sustancia.

A medida que una sustancia pasa de un estado sólido a uno líquido a un estado gaseoso, su entropía aumenta porque hay más microestados posibles debido al aumento del movimiento molecular. Los alótropos, que son diferentes formas estructurales de un elemento, tienen diferentes entropías molares estándar, y la forma menos rígida tiene una entropía molar estándar más alta. Por ejemplo, el diamante y el grafito son alótropos del carbono sólido.

En el diamante, los átomos de carbono están fijados en una estructura cristalina. Por el contrario, en el grafito, los átomos de carbono están dispuestos en capas donde pueden deslizarse unos sobre otros. Así, los átomos de grafito y carbón tienen más movilidad, lo que significa que el grafito tiene más microestados y una entropía molar estándar más alta.