16.6: Conociéndose con la Entropía

Puedes experimentar directamente la masa, el volumen o la temperatura de una sustancia, pero no puedes experimentar su entropía. En consecuencia puede tener la sensación de que la entropía es de alguna manera menos real que otras propiedades de la materia. Esperamos mostrar en esta sección que es bastante fácil predecir si la entropía bajo un conjunto de circunstancias será mayor que bajo otro conjunto de circunstancias, y también explicar por qué. Con un poco de práctica en hacer tales predicciones en casos simples adquirirás una sensación intuitiva para la entropía y perderá su aire de misterio.

La entropía de una sustancia depende de dos cosas: primero, el estado de una sustancia: su temperatura, presión y cantidad; y segundo, cómo se estructura la sustancia a nivel molecular. Discutiremos cómo las propiedades del estado afectan primero a la entropía.

Temperatura Como vimos en la última sección, debería haber una sola manera de disponer la energía en un cristal perfecto a 0 K. Si W = 1, entonces S = k ln W = 0; de manera que la entropía debería ser cero en el cero absoluto de temperatura. Esta regla, conocida como la tercera ley de la termodinámica, es obedecida por todos los sólidos a menos que alguna aleatoriedad de arreglo se “congele” accidentalmente en el cristal. A medida que la energía se alimenta al cristal con el aumento de la temperatura, encontramos que se hacen posibles un número creciente de formas alternativas de dividir la energía entre los átomos. W aumenta, y también lo hace S. Sin excepción la entropía de cualquier sustancia pura siempre aumenta con la temperatura.

Volumen y Presión Argumentamos anteriormente que cuando un gas duplica su volumen, el número de formas en que las moléculas de gas pueden distribuirse en el espacio aumenta enormemente y la entropía aumenta en 5.76 J K ^—1. De manera más general, la entropía de un gas siempre aumenta al aumentar el volumen y disminuye con el aumento de la presión. En el caso de sólidos y líquidos el volumen cambia muy poco con la presión y así la entropía también cambia muy poco. Cantidad de Sustancia Una de las principales razones por las que la entropía es una cantidad tan conveniente de usar es que su magnitud es proporcional a la cantidad de sustancia. Así, la entropía de 2 mol de una sustancia dada es el doble de grande que la entropía de 1 mol. Se dice que las propiedades que se comportan de esta manera son propiedades extensas. La masa, el volumen y la entalpía también son propiedades extensas, pero la temperatura, la presión y la probabilidad termodinámica no lo son.