Fundamentos de Entalpía, Entropía y Termodinámica: Conceptos Clave

Entalpía

La variación de la entalpía estándar (denotada como H⁰ o H^O) es la variación de entalpía que ocurre en un sistema cuando una unidad equivalente de materia se transforma mediante una reacción química bajo condiciones normales. Sus unidades son los kJ/mol en el sistema internacional.

Una variación de la entalpía estándar de una reacción común es la variación de la entalpía estándar de formación, que ha sido determinada para una gran cantidad de sustancias. La variación de entalpía de cualquier reacción bajo cualesquiera condiciones se puede computar, obteniéndose la variación de entalpía de formación de todos los reactivos y productos. Otras reacciones con variaciones de entalpía estándar son la combustión (variación de la entalpía estándar de combustión) y la neutralización (variación de la entalpía estándar de neutralización).

Entropía

En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es una magnitud física que permite, mediante cálculo, determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos.

La palabra entropía procede del griego (ἐντροπία) y significa evolución o transformación. Fue Rudolf Clausius quien le dio nombre y la desarrolló durante la década de 1850. Ludwig Boltzmann fue quien encontró la manera de expresar matemáticamente este concepto, desde el punto de vista de la probabilidad.

La Termodinámica

La Termodinámica ofrece un aparato formal aplicable únicamente a estados de equilibrio, definidos como aquel estado hacia "el que todo sistema tiende a evolucionar y caracterizado porque en el mismo todas las propiedades del sistema quedan determinadas por factores intrínsecos y no por influencias externas previamente aplicadas". Tales estados terminales de equilibrio son, por definición, independientes del tiempo, y todo el aparato formal de la Termodinámica --todas las leyes y variables termodinámicas--, se definen de tal modo que podría decirse que un sistema está en equilibrio si sus propiedades pueden ser descritas consistentemente empleando la teoría termodinámica. Los estados de equilibrio son necesariamente coherentes con los contornos del sistema y las restricciones a las que esté sometido.

Por medio de los cambios producidos en estas restricciones (esto es, al retirar limitaciones tales como impedir la expansión del volumen del sistema, impedir el flujo de calor, etc), el sistema tenderá a evolucionar de un estado de equilibrio a otro. Comparando ambos estados de equilibrio, la Termodinámica permite estudiar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes.

Para tener un mayor manejo se especifica que calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.

Energía Calorífica y Temperatura

La energía calorífica es la manifestación de la energía cinética de las partículas, átomos y moléculas, de que está compuesto el cuerpo en cuestión. Cuando se comunica energía calorífica de un cuerpo a otro, se emplea cierta cantidad de calor en efectuar un trabajo, normalmente de dilatación, y el resto en incrementar su temperatura. Esta última componente está relacionada directamente con aumentar la energía cinética, ya sea de traslación o de vibración, de los átomos y moléculas que lo componen.

La temperatura es una magnitud con la que no es posible utilizar un patrón como unidad de medida. Por esta razón la medición de temperaturas se basa en la evaluación de otro tipo de magnitudes físicas cuando ganan o pierden energía calorífica, tales como:

• El incremento o disminución de volumen o presión.
• La resistencia eléctrica de los metales conductores.
• La tensión de contacto de dos metales distintos.
• La susceptibilidad magnética de ciertas sales paramagnéticas.

La energía calorífica se transmite desde los cuerpos calientes a los fríos hasta que se alcanza un estado de equilibrio y cesa la transmisión.