Entropía de una reacción química

Variación de entropía en un proceso

La entropía (S) es una magnitud termodinámica que mide el grado de desorden o aleatoriedad molecular en un sistema. Se mide en julios por kelvin (J/K). 

Un aumento en la entropía (ΔS positivo) indica un incremento del desorden del sistema, mientras que una disminución en la entropía (ΔS negativo) implica que el sistema se ha vuelto más ordenado.

Teniendo esto en cuenta, podemos deducir fácilmente el signo de la variación de entropía en algunos procesos:

Cambios de estado:

• ΔS > 0 en cambios que aumenten el grado de desorden de las moléculas. Ocurre en procesos de fusión (s l), vaporización (l g), o sublimación (s g).
• ΔS < 0 en cambios que disminuyan el desorden. Ocurre en procesos de sublimación inversa (g s), condensación (g l), o solidificación (l s).

Reacciones químicas:

• ΔS > 0 (positivo): cuando la reacción produce mayor número de moléculas gaseosas en productos que en reactivos.
• ΔS < 0 (negativo): cuando se reduce el número de moléculas gaseosas o se generan moléculas más ordenadas en productos que en reactivos.

Procesos de disolución:

ΔS suele ser positivo ya que, al disolverse, las partículas tienen mayor libertad de movimiento.

Cálculo de la variación de entropía

La variación de entropía estándar (ΔS°) en una reacción se puede calcular a partir de las entropías estándar absolutas (S°) de reactivos y productos. Las entropías estándar absolutas son valores experimentales que indican el grado de desorden de cada sustancia a condiciones estándar (1 atm y 25°C). Estos valores se obtienen experimentalmente.

La expresión para calcular la variación de entropía es:

Donde n y m son los coeficientes estequiométricos de cada especie en la reacción ajustada.

Veamos un ejemplo de cómo aplicar esta expresión. 

Calcula la variación de entropía de la reacción:

Datos:

Ejercicios resueltos

1. Calcule la variación de entropía estándar de la reacción:

Datos: S°(NO₂) = 240,0 J·mol-1·K-1; S°(N₂O₄) = 304,3 J·mol-1·K-1)

Solución

 

 

La variación de entropía es negativa. Tiene sentido, porque el número de moles gaseosos disminuye en el proceso. Los átomos están más empaquetados en menos número de moléculas. Por tanto, el desorden disminuye.

 

2. Calcule la variación de entropía para el cambio de estado:

Datos: S°(H₂O(l)) = 69,95 J/(mol·K); S°(H₂O(g)) = 188,83 J/(mol·K)

Solución:

 

La variación de entropía es positiva. Es lógico, porque el número de moles gaseosos aumenta en el proceso (de 0 a 1). Las moléculas tienen más libertad de movimiento, aumentando el desorden y, con él, la entropía. 

3. Para la reacción del 1,3-butadieno:

a) Escribe y ajusta la reacción

b) Calcula la entalpía de la reacción e indica si es exotérmica o endotérmica

c) Justifica cuál será el signo de la entropía de la reacción

Datos: 

Solución

a) Escribe y ajusta la reacción

1,3-Butadieno: CH2=CH-CH=CH2 (C4H6)

 

b) Calcula la entalpía de la reacción e indica si es exotérmica o endotérmica

La reacción es exotérmica porque su variación de entalpía es negativa. 

 

c) Justifica cuál será el signo de la entropía de la reacción

En el proceso disminuye el número de moles gaseosos (6,5 moles en reactivos y 4 en productos). Por tanto, el mismo número de átomos pasa a estar en un estado más empaquetado y ordenado. Por lo tanto, el desorden disminuye, y también lo hace la entropía.

4. Calcule la variación de entropía para la disolución de sal común en agua:

Datos: S°(NaCl(s)) = 72,1 J/(mol·K); S°(Na⁺(aq)) = 60,3 J/(mol·K); S°(Cl⁻(aq)) = 56,5 J/(mol·K)

Solución

 

La variación de entropía es positiva. Tiene que ver con que en una disolución los iones tienen mayor libertad de movimiento y, por tanto, su entropía aumenta .