Concetti Chiave
- Il secondo principio della termodinamica stabilisce che in un processo spontaneo l'entropia aumenta, contribuendo al disordine dell'universo.
- La spontaneità di un processo è determinata dalla variazione di entropia: se ΔS è maggiore di zero, il processo è spontaneo; se è zero, il sistema è in equilibrio.
- Un processo è sicuramente spontaneo se entrambe le variazioni di entropia, nel sistema e nell'ambiente, sono positive.
- L'entropia di una sostanza aumenta quando essa assorbe calore, influenzando la variazione di entropia in processi reversibili.
- Il congelamento dell'acqua è un processo spontaneo sotto 0°C, poiché l'aumento di entropia nell'ambiente supera la diminuzione nel sistema.
Indice
Il secondo principio della termodinamica
Il secondo principio della termodinamica dice che in un processo spontaneo l’entropia, quindi il disordine dell’universo, aumenta (tutti i processi spontanei o naturali producono un aumento dell’entropia nell’universo). Si può quindi dire che:
〖ΔS_totale=ΔS〗_universo=ΔS_ambiente+ΔS_sistema
In una trasformazione spontanea:
ΔS_universo=ΔS_ambiente+ΔS_sistema>0
Quali sono le condizioni di spontaneità dei processi?
Se ΔS>0 allora il processo è spontaneo, se invece ΔSprocesso non è spontaneo (è spontaneo il processo inverso). Se ΔS=0 il sistema è in equilibrio.
Secondo quanto detto nella seconda espressione se un processo produce variazioni positive di entropia sia nel sistema che nell’ambiente allora questo è sicuramente spontaneo. Se invece entrambe le variazioni sono negative il processo sarà sicuramente non spontaneo.
Entropia e calore
È bene inoltre ricordare che l’entropia di una sostanza aumenta quando questa assorbe calore.
Una variazione di entropia si basa su due quantità misurabili, che sono calore e temperatura. Per processi reversibili (solamente per i reversibili, in quelli irreversibili a q non è possibile sostituire ΔH) è possibile dire che:
ΔS_ambiente=(-ΔH_sistema)/T
Prendiamo ora in considerazione il congelamento dell’acqua. Esso produce una variazione di entropia negativa nel sistema, perché nel passaggio dallo stato liquido a quello solido c’è un maggior ordine delle molecole, quindi il disordine diminuisce. Nell’intorno invece, che assorbe calore, la variazione di entropia è positiva. Quindi finché la temperatura è inferiore a 0°C l’aumento di entropia dell’intorno è superiore alla diminuzione di entropia del sistema. Poiché la variazione totale di entropia è positiva il congelamento dell’acqua sotto 0°C è un processo spontaneo.
Domande da interrogazione
- Qual è il significato del secondo principio della termodinamica?
- Quali sono le condizioni per la spontaneità di un processo?
- Come influisce il calore sull'entropia di una sostanza?
Il secondo principio della termodinamica afferma che in un processo spontaneo l'entropia dell'universo aumenta, indicando un incremento del disordine. Questo si esprime con la relazione ΔS_totale=ΔS_universo=ΔS_ambiente+ΔS_sistema, dove ΔS_universo deve essere maggiore di zero per un processo spontaneo.
Un processo è spontaneo se ΔS è maggiore di zero; se ΔS è uguale a zero, il sistema è in equilibrio. Se entrambe le variazioni di entropia sono negative, il processo non è spontaneo. Quindi, variazioni positive di entropia nel sistema e nell'ambiente garantiscono la spontaneità.
L'entropia di una sostanza aumenta quando essa assorbe calore. Per i processi reversibili, la variazione di entropia è calcolata come ΔS_ambiente=(-ΔH_sistema)/T. Ad esempio, nel congelamento dell'acqua, l'entropia del sistema diminuisce, ma l'assorbimento di calore dall'ambiente porta a un aumento complessivo dell'entropia, rendendo il processo spontaneo sotto 0°C.
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