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17.3: Segunda Lei da Termodinâmica
TABELA DE
CONTEÚDO

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Chemistry

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Second Law of Thermodynamics
 
TRANSCRIÇÃO

17.3: Segunda Lei da Termodinâmica

Na procura de identificar uma propriedade que possa prever de forma confiável a espontaneidade de um processo, um candidato promissor foi identificado: entropia. Os processos que envolvem um aumento da entropia do sistemaS > 0) são muitas vezes espontâneos; no entanto, são abundantes exemplos do contrário. Ao expandir a consideração das mudanças de entropia para incluir as imediações, pode-se chegar a uma conclusão significativa sobre a relação entre esta propriedade e espontaneidade. Nos modelos termodinâmicos, o sistema e as imediações compreendem tudo, ou seja, o universo, e assim o seguinte é verdadeiro:

Eq1

Para ilustrar esta relação, considere novamente o processo de fluxo de calor entre dois objetos, um identificado como o sistema e o outro como as imediações. Há três possibilidades para tal processo:

  1. Os objetos estão a temperaturas diferentes e o calor flui do objeto mais quente para o objeto mais frio. Observa-se que isto ocorre espontaneamente. Designar o objeto mais quente como o sistema e invocar a definição de entropia produz o seguinte:

Eq2

As magnitudes de −qsys e qsys são iguais, denotando os seus sinais aritméticos opostos a perda de calor pelo sistema e ganho de calor pelas imediações. ComoTsys > Tsurr neste cenário, a diminuição da entropia do sistema será menor do que o aumento da entropia das imediações, e assim a entropia do universo irá aumentar:

Eq3

  1. Os objetos estão a temperaturas diferentes e o calor flui do objeto mais frio para o mais quente. Isto nunca se observa ocorrer espontaneamente. Designando novamente o objeto mais quente como o sistema e invocando a definição de entropia, obtém-se o seguinte:

Eq4

os sinais aritméticos de qsys denotam o ganho de calor pelo sistema e a perda de calor pelas imediações. A magnitude da alteração da entropia para o ambiente será novamente maior do que a do sistema, mas neste caso, os sinais de alterações de calor (ou seja, a direção do fluxo de calor) irão produzir um valor negativo para ΔSuniv. Este processo envolve uma diminuição na entropia do universo.

  1. Os objetos estão essencialmente à mesma temperatura, TsysTsurr, e assim as magnitudes das alterações da entropia são essencialmente as mesmas para o sistema e imediações. Nesse caso, a alteração de entropia do universo é zero, e o sistema está em equilíbrio.

Eq5

Esses resultados levam a uma afirmação profunda sobre a relação entre entropia e espontaneidade conhecida como a segunda lei da termodinâmica: Todas as mudanças espontâneas causam um aumento na entropia do universo. Um resumo dessas três relações é fornecido na tabela abaixo.

A Segunda Lei da Termodinâmica
ΔSuniv > 0 espontânea
ΔSuniv < 0  não espontânea (espontânea na direção oposta) 
ΔSuniv = 0 em equilíbrio

Para muitas aplicações realistas, as imediações são vastas em comparação com o sistema. Em tais casos, o calor ganho ou perdido pelas imediações como resultado de algum processo representa uma fração muito pequena, quase infinitesimal, da sua energia térmica total. Por exemplo, a combustão de um combustível no ar envolve a transferência de calor de um sistema (as moléculas de combustível e oxigénio que estão a sofrer a reação) para imediações infinitamente mais maciças (a atmosfera da terra). Como resultado, qsurr é uma boa aproximação de qsys, e a segunda lei pode ser indicada como a seguinte:

sys, and the second law may be stated as the following:

Eq6Openstax, Chemistry 2e, Chapter 16.2: The Second and Third Law of Thermodynamics.

Tags

Second Law Of Thermodynamics Energy Change System Surroundings Ice Cube Hot Tea Heat Transfer Entropy Spontaneous Reactions Universe Total Entropy Final State Initial State Energy Dispersal Water Molecules Ordered Solid Disordered Liquid State

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