La perfección es termodinamicamente inestable

En un universo regido por la leyes de la termodinámica la perfección no puede existir, al menos no como algo estable y duradero en el tiempo.
Os presento a mi concepto favorito de la termodinámica, y puede que de la ciencia en general.
Aquí la entropía, aquí unos lectores.

Entropía (S):

• Magnitud que mide el grado de desorden* de un estado cualquiera.
• Se mide en J/K (Julios partido por Kelvin).
• Aumenta al aumentar al desorden.
• Se considera que tiene un valor 0 en el cero absoluto (temperatura de cero grados Kelvin que se supone imposible de alcanzar. Equivale, aproximandamente a -273ºC)
• Es una magnitud de estado.

Pero en realidad, a efectos practicos lo que se utiliza es el incremento de entropía.

Incremento de entropia (ΔS)

• Por definición todo incremento en una magnitud se identifica como el valor de esa magnitud en el estado final menos el valor de esa magnitud en el estado inicial, de modo que ΔS=S_f-S_i
• Por ser magnitud de estado el ΔS entre los estados 1 y 2 es el mismo independientemente del proceso que se utilice para ir del estado 1 al 2.
• Si el desorden aumenta, implica que el estado 2 tiene más entropía que el estado 1, por lo que: ΔS>0.
• Con un razomaniento analogo, en el momento en el que lo que se produce es un ordenamiento, ΔS<0.
• En todo proceso ΔS_universo>0. Esto implica, que si nosotros ordenamos una pequeña porción del espacio (por ejemplo, congelando agua para convertirlo en hielo) el resto del universo aumentara su entropía de tal modo que:
• ΔS_universo=ΔS_sistema+ΔS_alrededores>0.
• Este último punto es muy importante ya que implica que el desorden, hagamos lo que hagamos, siempre aumenta, lo que se conoce como teoría del caos.

*¿Qué entendemos por desorden?
Aunque sea un concepto muy intuitivo, es necesario darle una definición que nos permita, al menos de forma cualitativa, definir cuando aumenta y cuando disminuye, y poder predecir, dados dos estados, en cual la entropía es mayor.

• Hay más desorden en aquellos sistema cuyas particulas pueden moverse mas libremente.
• Esto implica que los sólidos tienen un desorden menor que los líquidos y estos que los gases.
• El desorden aumenta en procesos que nos impiden diferenciar entre dos objetos que antes estaban perfectamente clasificados.
• Ejemplo típico: La erosión. Cuando una montaña no ha sufrido erosión se puede diferenciar perfectamente que partículas pertenecen a la cima de la montaña y cuales al valle. Sin embargo, una vez que la erosión actúa, todo tiene la misma altura y no se puede diferenciar unas de otras.

Nos falta una última magnitud a tener en cuenta, la energía libre de Gibbs, aunque directamente solo consideraremos su incremento.

Incremento de la Energía libre de Gibbs (ΔG):

• La energía libre de Gibbs, a los efectos que nos importan para el razonamiento actual, es un parámetro que indica cuando una reaccion (o proceso en general) es espontáneo.
• ΔG<0 el proceso es espontánea, por lo que ocurre sin ninguna accion externa
• ΔG>0 el proceso ocurrirá en la dirección contrara al expresado
• ΔG=0 el proceso esta en equilibrio dinámico, lo que indica que ocurre hacia la derecha y hacia la izquierda a la misma velocidad, de modo que, globalmente, es como si no ocurriera

• Ejemplo: 1/2 N2 + 3/2H2 --> NH3 {Nitrogeno + Hidrógeno = Amoníaco}
• ΔG<0: El nitrógeno y el hidrógeno se combinan para dar amoniaco
• ΔG>0: El amoníaco se descompondrá para dar nitrógeno e hidrógeno
• ΔG=0: El proceso se detiene (técnicamente el amoniaco se crea y se descompone a la misma velocidad, con lo que globalmente no ocurre nada)

• ΔG= ΔH – TΔS
• ΔH, o incremento de entalpía es una medida de la energía que se libera en el proceso
• T es la temperatura, y se mide en grados Kelvin, por lo que no existe una T negativa
• Conviene tener en cuenta que ΔS será tanto más grande cuanto mayor sea la diferencia, de modo que un cambio relativamente grande en un medio ya muy desordenado de por si, no ofrece mucho cambio, por lo que ΔS será relativamente pequeña. Por el contrario, un cambio relativamente pequeño en un medio muy ordenado, provoca un cambio muy grande, por lo que ΔS será grande.

Teniendo todo esto en cuenta, volvamos al inicio de todo:

La perfección es termodinámicamente inviable debido a su baja estabilidad

Consideremos el proceso

y la expresión

Si tenemos en el estado inicial un estado que implique la perfección absoluta, ello implica que ese estado está perfectamente ordenado, por lo que desordenar, aunque sea minimamente ese estado, provocará un aumento muy grande de entropía, tanto que ΔG será negativo, será un proceso claramente espontáneo.

Si consideramos el proceso inverso:

Tendríamos que vencer una entropía enormemente negativa, lo que al multiplica por –T daría un termino muy grande de signo positvo, por lo que necesitaríamos administrar al sistema una energía muy alta para que funcionara. Pero, al lograr un estado perfecto, tendríamos otra vez un caso como el primero, por lo que el equilibrio

Está claramente desplazado hacia la derecha, esto es, la perfección tiende a evolucionar en proceso hacia la imperfecciónm

servido por esceptipico 2 comentarios compártelo