La entropía es siempre el criterio.
El universo siempre evoluciona hacia el aumento de la entropía. Sin dudas, quejas o peros.
La energía libre es un proxy de la entropía.
La entropía del agua es mayor que la entropía del hielo. Entonces, ¿por qué el agua se congela en hielo? Bueno, eso es porque la entropía del universo es lo que determina la fase más estable, no solo la entropía del sistema . La congelación del agua es un proceso exotérmico: libera calor. Este calor aumenta el desorden del entorno, por lo que la entropía del sistema disminuye mientras que la entropía del entorno aumenta. El punto de fusión del agua es el punto de equilibrio, donde la cantidad en que aumenta la entropía del entorno cancela exactamente la cantidad en que disminuye la entropía del sistema.
Pero la energía libre es una función que puede calcularse solo a partir del estado del sistema , sin tener que examinar el entorno. Es bueno que exista la energía libre, porque claramente no podemos medir la entropía de todo el universo cada vez que queremos predecir qué fase es más estable.
La energía libre solo se puede definir bajo condiciones donde el calor es una función del estado . Puede recordar que el calor y el trabajo no son, en general, funciones de estado. Sin embargo, cuando un proceso se lleva a cabo a un volumen constante, el trabajo es cero, por lo que el calor transferido es igual al cambio en la energía interna, y la energía interna es una función de estado, por lo que en estas circunstancias, el calor también es una función de estado. Si el proceso también se lleva a cabo a una temperatura constante, entonces el cambio de entropía del entorno es
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[math] \ Delta S_ {surr} [/ math]
[math] = \ int \ frac {dq_ {surr}} {T} [/ math]
[math] = \ int \ frac {dU_ {surr}} {T} [/ math]
[math] = \ frac {\ Delta U_ {surr}} {T} [/ math]
[math] = – \ frac {\ Delta U_ {sys}} {T} [/ math]
Así que el cambio de entropía del universo es.
[math] \ Delta S_ {univ} [/ math]
[math] = \ Delta S_ {sys} + \ Delta S_ {surr} [/ math]
[math] = \ Delta S_ {sys} – \ frac {\ Delta U_ {sys}} {T} [/ math]
[math] = – \ frac {\ Delta F} {T} [/ math]
Por lo tanto, vemos que cuando [math] \ Delta F [/ math] es positivo, el cambio de entropía para el universo es negativo y viceversa .
Se observará que se aplican consideraciones similares cuando el proceso se lleva a cabo a presión constante en lugar de volumen constante. En este caso [math] q = \ Delta H [/ math] y [math] \ Delta S_ {univ} = – \ frac {\ Delta G} {T} [/ math] donde [math] G [/ math] Es la energía libre de Gibbs.