3.2:

3.2: Il secondo principio della termodinamica

The Second Law of Thermodynamics

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Cell Biology

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The Second Law of Thermodynamics

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3.1: The First Law of Thermodynamics

3.9: Non-equilibrium in the Cell

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01:14 min

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April 30, 2023

Overview

Nella ricerca di una proprietà che possa prevedere in modo affidabile la spontaneità di un processo, è stato identificato un candidato promettente: l’entropia. Gli scienziati si riferiscono alla misura della casualità o del disordine all’interno di un sistema come entropia. Alta entropia significa alto disordine e bassa energia. Per capire meglio l’entropia, pensa alla camera da letto di uno studente. Se non ci mettessero energia o lavoro, la stanza diventerebbe rapidamente disordinata. Esisterebbe in uno stato molto disordinato, di alta entropia. L’energia deve essere immessa nel sistema, sotto forma di lavoro da parte dello studente e di messa via tutto, al fine di riportare la stanza a uno stato di pulizia e ordine. Questo stato è di bassa entropia.

I processi che comportano un aumento dell’entropia del sistema (ΔS > 0) sono molto spesso spontanei; tuttavia, gli esempi contrari sono abbondanti. Espandendo la considerazione dei cambiamenti di entropia per includere l’ambiente circostante, possiamo raggiungere una conclusione significativa riguardo alla relazione tra questa proprietà e la spontaneità. Nei modelli termodinamici, il sistema e l’ambiente circostante comprendono tutto, cioè l’universo, e quindi è vero quanto segue:

ΔS_univ = ΔS_sys + ΔS_surr

La seconda legge della termodinamica afferma che tutti i cambiamenti spontanei causano un aumento dell’entropia dell’universo. Un riassunto della relazione tra l’entropia e la spontaneità del processo è dato nella tabella 1.

Tabella 1: Relazione tra l’entropia e la spontaneità del processo.

ΔS_univ > 0	spontaneo
ΔS_univ < 0	non spontaneo (spontaneo in direzione opposta)
ΔS_univ = 0	all’equilibrio

Questo testo è adattato da Openstax, Biology 2e, Section 6.3: The Laws of Thermodynamics e Openstax, Chemistry 2e, 16.3 The Second and Third Laws of Thermodynamics.

Transcript

L’entropia, abbreviata in S, è la misura termodinamica del disordine o della casualità. I sistemi con più disordine hanno un’entropia più alta rispetto a quelli con meno disordine.

Ad esempio, una catena di amminoacidi dispiegata ha un’entropia più elevata rispetto a quando la catena è ripiegata correttamente perché la catena lineare è più flessibile e disorganizzata di una proteina strettamente impacchettata.

La seconda legge della termodinamica afferma che l’entropia di un sistema isolato aumenta sempre. Ciò significa che tutto diventa più disordinato senza input esterni.

I sistemi isolati raramente si verificano in natura, quindi la termodinamica spesso esamina il cambiamento di entropia dell’intero universo. Il cambiamento nell’entropia dell’universo include sia i cambiamenti di entropia del sistema studiato che dei suoi dintorni.

Un processo in cui l’entropia dell’universo aumenta, cioè uno che ha un ΔS maggiore di zero, avviene spontaneamente. Un processo in cui l’entropia diminuisce o ha un -ΔS non è spontaneo e ha bisogno di un input di energia per verificarsi.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

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Entropia Seconda Legge Della Termodinamica Spontaneità Disordine Sistema Dintorni Universo