¿Por qué se cumple la Segunda Ley de la Termodinámica?

Question

La Segunda Ley de la Termodinámica establece que el estado de entropía de todo el universo, como sistema aislado, siempre aumentará con el tiempo. La segunda ley también establece que los cambios en la entropía en el universo nunca pueden ser negativos.

De acuerdo con eso, $\Delta S$ del universo debe ser siempre positivo para que se produzca una reacción espontánea. Pero, ¿cuál es la razón para ello?

En Química avanzada Philip Matthews afirma:

Pg-287 Este resultado no se puede demostrar, sino que es una declaración de experimento

Si bien hay verdaderas razones para cada punto de la química, creo que debería haber una razón real para ello en lugar de una declaración experimental. Pero lo he buscado en Google pero no puedo encontrar una respuesta. Así que, ¿puede ayudarme a dar la razón?

Answer 1

Según la segunda ley de la Termodinámica,

Durante el proceso espontáneo:

$$ ∆S_{total} > 0 \ or ∆S_{total} = 0 $$

Así que la entropía total es positiva.

Pero $ ∆S_{system} \ or \ ∆S_{surroundings} $ puede ser inferior a 0.

Que $ \implies $ cualquiera de $ ∆S_{system} \ *OR* \ ∆S_{surr} $ puede ser inferior a 0.

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Ahora bien, según la teoría del Big Bang, el Universo, poco después de su existencia, se expande cada vez más y, por tanto, su entropía aumenta.

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¿Por qué la entropía debe ser positiva para que se produzca una reacción espontánea?

Primero un ejemplo: - El flujo de calor es unidireccional. Es decir, de mayor a menor temperatura. De manera similar, todo proceso físico o químico tenderá a proceder espontáneamente en una sola dirección (a menos que sea alterado por alguna agencia externa). Por lo tanto, La espontaneidad es la posibilidad de proceder sin ayuda de una agencia externa.

Ahora bien, Entropía significa aleatoriedad o comportamiento desordenado. Y siempre hay una tendencia a que la energía del sistema sea más desordenada. Un ejemplo sería la difusión. Donde los gases se difunden y se vuelven más caóticos. Y durante la expansión de nuestro universo, su entropía aumenta.

Así, interpretamos que la entropía para un proceso espontáneo aumenta, hasta alcanzar el máximo. Y nuestro universo que tiene un positivo $∆U$ y ganando entropía en dirección a la espontaneidad.

$∆S=0$ en equilibrio.

Si $∆S$ es negativo significaría que la reacción o el proceso va en dirección contraria a la espontánea, y que no es posible en el caso de nuestro universo.