1.21.3: Energía termodinámica: Función potencial

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Page ID: 80026

Michael J Blandamer & Joao Carlos R Reis
University of Leicester & Faculdade de Ciencias

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La Ecuación Maestra establece que el cambio en la energía termodinámica de un sistema cerrado viene dado por la ecuación (a).

\[\mathrm{dU}=\mathrm{T} \, \mathrm{dS}-\mathrm{p} \, \mathrm{dV}-\mathrm{A} \, \mathrm{d} \xi ; \quad \mathrm{A} \, \mathrm{d} \xi \geq 0\]

A entropía constante (i.e.\(\mathrm{dS} = 0\)) y volumen constante (i.e.\(\mathrm{dV} = 0\)), la ecuación (a) conduce a la ecuación (b).

\[\mathrm{dU}=-\mathrm{A} \, \mathrm{d} \xi\]

Pero

\[A \, d \xi \geq 0\]

Por lo tanto, todos los procesos espontáneos a constante\(\mathrm{S}\) y constante\(\mathrm{V}\) tienen lugar en una dirección para la que disminuye la energía termodinámica.

Esta última afirmación muestra el poder de la termodinámica en que es bastante general; no hemos expresado la naturaleza del proceso espontáneo. Por supuesto que los químicos están interesados en aquellos casos en los que el proceso espontáneo es la reacción química. Así tenemos una señal de lo que sucede con la energía del sistema; la palabra clave aquí es espontánea.

En el contexto de los intereses de la mayoría de los químicos, la ecuación (b) no es de gran ayuda. Los químicos normalmente no realizan sus experimentos en constante\(\mathrm{S}\) y constante\(\mathrm{V}\). De hecho no es obvio cómo se podría hacer esto. Sin embargo, la ecuación (b) es importante para encontrar su aplicación cuando recurrimos a otras variables termodinámicas que pueden ser utilizadas como potenciales termodinámicos; por ejemplo, la energía de Gibbs.