¿Puede el hielo tener mayor entropía que el agua?

Question

He aprendido que la entropía es un estado de aleatoriedad, y que los sólidos tienen una forma más estructurada, por lo que tienen menos entropía.

Sin embargo, he visto un comentario en YouTube que dice lo siguiente:

un líquido NO SIEMPRE significa mayor entropía que un sólido depende... del contexto por ejemplo, en el polo sur, el hielo significa mayor entropía, porque la madre naturaleza establece el equilibrio para que el agua líquida se convierta en hielo.

¿Está justificada esta afirmación? ¿Es cierto que incluso en una sustancia más ordenada como el hielo hay más entropía?

Answer 1

Consideremos la siguiente situación. Supongamos que tenemos un bloque de hielo de masa $m$ sentado en $T=0^\circ\,\mathrm C$ en un contenedor. Para fundir el hielo, necesitamos calentarlo, y la cantidad exacta de calor que necesitamos es el llamado "calor latente de fusión" del hielo, y viene dado por $$Q=mL$$ donde $L$ se denomina calor latente específico y es propio de la sustancia en fusión. El cambio de entropía del sistema durante el cambio de fase viene dado, en este caso, por el calor absorbido por el hielo dividido por su temperatura (nótese aquí que la temperatura debe escribirse en Kelvin para que lo siguiente sea válido, por lo que no estamos dividiendo por cero) $$\Delta S = \frac{Q}{T}=\frac{mL}{T}$$ que es positivo. Esto demuestra que la entropía de una cantidad de hielo a $0^\circ\,\mathrm C$ es menor que la entropía de la misma cantidad (masa) de agua a $0^\circ\,\mathrm C$ .

No estoy seguro de a qué se refiere el comentario de YouTube.

Para más información, consulte este y este .

Answer 2

El comentarista de youtube se equivocó. La espontaneidad de la reacción (incluyendo el cambio de fase de hielo a agua) no está determinada únicamente por la entropía, de lo contrario la gasolina se convertiría espontáneamente en agua y dióxido de carbono sin necesidad de quemarse

Para determinar si una reacción puede ocurrir espontáneamente, la energía libre de Gibbs ( $\Delta$ G) debe ser $<0$ que se determina por el cambio de entalpía ( $\Delta$ H) así como la entropía ( $\Delta$ S).

$\Delta$ G = $\Delta$ H - T $\Delta$ S

Aunque la entropía del agua líquida es SIEMPRE mayor que la del hielo, la fusión del hielo es una reacción endotérmica (es decir, requiere un aporte de energía). Esto da lugar a una entalpía positiva ( $\Delta$ H) por lo que para que el hielo se derrita la entropía ( $\Delta$ S) y la temperatura (T) tienen que ser lo suficientemente grandes como para superar el cambio positivo de la entropía y hacer $\Delta$ G < 0. Probablemente es obvio en este punto que T necesita ser >0 grados C (273,2 K) para que esto ocurra

Answer 3

Sabemos que todo proceso espontáneo va en la dirección de aumentar la entropía . En los polos, el agua se convierte espontáneamente en hielo, por lo que la entropía total (entropía (hielo+agua+alrededores)) aumentará.