Segunda Lei da Termodinâmica

De acordo com a primeira lei da termodinâmica, a alteração energética num sistema é igual e oposta à alteração energética do meio envolvente. Quando um cubo de gelo, o sistema, é adicionado a uma xícara de chá quente, o meio envolvente, o gelo derrete enquanto o chá se torna mais fresco. O calor ganho pelo cubo de gelo é igual ao calor perdido pelo chá.

A energia é conservada não importando a direção da transferência de calor. No entanto, adicionar um cubo de gelo nunca tornaria o chá mais quente porque a quantidade de calor transferido não determina de que forma o calor flui. A alteração associada à entropia deve ser levada em consideração para explicar a direção da transferência de calor e outras reações espontâneas.

A segunda lei da Termodinâmica indica que a entropia do universo, que é a entropia total de ambos o sistema e o meio envolvente, aumenta para todos os processos espontâneos. Isto significa que o ΔS do universo, a diferença entre a entropia dos estados final e inicial do universo, deve ser maior que zero. Como a entropia é uma medida de dispersão de energia, um processo em que a energia do universo está mais dispersa no estado final do que no estado inicial será espontâneo.

Quando um cubo de gelo derrete, as moléculas de água alteram-se de um estado sólido ordenado para um estado líquido mais desordenado com uma alteração positiva na entropia do sistema;quando a água congela e fica gelo, o ΔS do sistema é negativo. No entanto, para estes processos serem espontâneos, a entropia do universo deve aumentar, por isso, a diferença para que estes processos sejam espontâneos deve estar no ambiente. Quando a água congela, liberta calor para o meio envolvente, aumentando a dispersão de energia do meio envolvente.

O ΔS do meio envolvente deve ser positivo e maior em magnitude do que o ΔS do sistema para que o ΔS do universo seja positivo. A água pura só congela espontaneamente a temperaturas inferiores a 0 C.Isto porque o calor transferido para o meio envolvente baixas temperaturas resultando numa maior alteração da entropia do que o mesmo calor transferido a temperaturas mais elevadas. A magnitude de ΔS do meio envolvente é diretamente proporcional ao calor transferido pelo sistema e inversamente proporcional à temperatura T.Assim, para qualquer processo que ocorra a uma temperatura e pressão constantes, o ΔS do meio envolvente é igual ao calor transferido para o meio envolvente, dividido pela temperatura em Kelvin.