Al añadir azúcar al agua, ¿aumenta o disminuye la entropía?

Question

Esta pregunta es un poco confusa. Según mi profesor, la entropía debería disminuir, pero creo que el azúcar primero es cristalino y después se disuelve, por lo que la aleatoriedad aumenta y por tanto la entropía también debería aumentar. ¿Cuál es la respuesta correcta?

Answer 1

Aunque puede parece que la aleatoriedad siempre aumenta cuando un cristal se disuelve en una fase líquida, no tienen para ser así.

En lo que respecta al azúcar, la molécula tiene un gran número de grupos hidroxilos y, por lo general, es bastante grande en comparación con la molécula de agua que la rodea, mucho más grande que los iones de sodio o de cloruro. Cada hidroxilo actuará como donante y aceptor de enlaces de hidrógeno, probablemente a dos moléculas de agua diferentes, creando una jaula de agua bastante ordenada y grande, de nuevo, si se compara con la célula de solvatación de los iones de sodio o cloruro. Esto disminuirá tanto el desorden (y por tanto la entropía) del agua libre, que contrarrestará el aumento de la entropía de la disolución del cristal. (El efecto es más pronunciado con la sacarosa en comparación con la glucosa, debido al tamaño de la molécula y al número de hidroxilos).

Por otra parte, las moléculas de un cristal de azúcar están probablemente menos ordenadas que los iones de un cristal de sal. Formarán extensas redes de enlaces de hidrógeno, sí; pero en general, si se desplaza una fila de moléculas con respecto a su vecina, no se romperá necesariamente el cristal, ya que no se tendrán de repente iones de la misma carga uno al lado del otro. Y, por último, el cristal de sal individual se romperá en fragmentos mucho más pequeños que las moléculas de azúcar.

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Así que resumiendo, los efectos son:

• grandes celdas de disolución

• el cristal se rompe en fragmentos más grandes (menos desordenados) al disolverse

• los cristales de azúcar son menos ordenados que los de sal

Lo que significa que hay mucha menos entropía que ganar.

Answer 2

El segunda ley de la termodinámica establece que un proceso en un sistema aislado será espontáneo sólo si la entropía del sistema aumenta como resultado de dicho proceso. Como el azúcar se disuelve espontáneamente en el agua, la entropía total del agua y del azúcar tiene que aumentar cuando el azúcar se disuelve.

Answer 3

Usted es el correcto aquí.

La entropía aumentará cuando un sólido se vuelva acuoso (o se disuelva del todo) o cuando los líquidos se mezclen. Esto se debe a que hay un mayor número de microestados que no se distinguen entre sí cuando un sólido se disuelve o cuando los líquidos se mezclan.

(Sin embargo, hay que tener en cuenta que si se disuelve un gas, la entropía disminuye)