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Para la segunda ley de la termodinámica, la entropía es la grandeza que está destinada a estudiar el desorden de las partículas. Es decir, su grado de agitación o movimiento.

En los estudios de termodinámica, usamos la letra S para representar esta magnitud física. En la fórmula general de la variación de la entropía, tenemos que S – So es equivalente a Q (cantidad de calor) / T (temperatura).

A partir de este sistema y de lo que la segunda ley de la termodinámica se centra, esta área de la física está interesada en el intercambio de calor y sus efectos en los cuerpos. A continuación, se explica más sobre la entropía.

Un experimento para entender la entropía y el desorden

Como se ha dicho, la entropía estudia el grado de agitación o trastorno de las partículas. Sin embargo, este trastorno no significa un desorden, ya que es sólo una forma de organización del sistema, y no juzgamos las organizaciones como positivas o negativas dentro de la física.

Después de todo, este no es el principal campo de observación. El interés aquí es analizar cómo se comportan las partículas dentro de su sistema, para observar los intercambios de energía que tienen lugar entre ellas y, también, la variación de la entropía.

A partir de esto, hay algunos experimentos muy simples con los que se puede experimentar para entender cómo es un sistema desorganizado y evaluar su entropía.

Primero, separar dos vasijas, preferiblemente las mismas, y llenarlas ambas con canicas de colores. Tengan cuidado de dejar un color en cada maceta, terminando con una maceta con bolas oscuras y otra con bolas claras, por ejemplo.

Luego, agregue las aberturas de las dos ollas, dejando una de ellas al revés sobre la otra. Obsérvese que las canicas permanecen en su organización original, las oscuras separadas de las claras.

Para hacer que estas canicas tiemblen, balancea los frascos sin separarlos, y esto hará que las canicas se mezclen. Luego, observe nuevamente la organización de los mármoles y comprenda lo difícil que sería seguir moviendo las vasijas hasta que vuelvan a su organización original.

En este sistema, al aumentar el desorden de las canicas, la entropía también ha aumentado. En otras palabras, podemos decir que la variación de la entropía es positiva en las vasijas de mármol.

Surgimiento de la entropía

Fue el investigador francés Nicolas Sadi Carnot quien comenzó a desarrollar el concepto más cercano a la entropía, pero no fue hasta 1865 que Rudolf Clausius utilizó por primera vez el término con su definición completa, creando la fórmula matemática para la variación de la entropía.

También definió que la variación de la entropía se daría en J/K, siendo la cantidad de calor transferido (Q) en Jules y la temperatura (T) en Kelvins, según el sistema internacional.

Segunda ley de la termodinámica

La segunda ley de la termodinámica, estructurada por Sadi Carnot, estudia la irreversibilidad de los fenómenos físicos de intercambio de calor. Carnot avanzó en sus estudios observando las máquinas térmicas.

A partir de esta observación, verificó que el intercambio de calor siempre ocurrió desde las estructuras más calientes a las más frías, y puede confirmar que los intercambios siempre siguen este flujo.

Finalmente, verificó que el trabajo depende de la energía térmica, ya que es a partir de la transferencia de calor que las máquinas pueden producir trabajo al final de la secuencia.

Así se creó el ciclo de Carnot, que prueba que mientras hay una parte trabajando con altas temperaturas, en el otro lado está la otra parte trabajando con temperaturas más bajas.

De esta manera, el trabajo puede ser generado en ambas direcciones. Un ejemplo de un sistema que absorbe el calor son los motores. Y también un ejemplo de un sistema que pierde calor son los refrigeradores.

Fuerzas asociadas a la entropía

La fuerza entrópica, así llamada, existe como prueba de que un sistema siempre tiende a permanecer o volver a su estado de desorden, donde hay mayor entropía. Aquí hay algunos ejemplos:

Polímeros

La fuerza elástica de los polímeros es una especie de fuerza entrópica porque, en su estado relajado, las partículas de un polímero se desorganizan. Así, al estirar un trozo de goma, las partículas se alinean, creando una fuerza para relajarse de nuevo.

Fuerza hidrofóbica

La fuerza hidrofóbica también representa una fuerza que reúne las partículas en un estado de desorganización. Esto se debe a que cuando se liberan las moléculas de agua, hay un aumento de la entropía en el sistema.

Gravedad

La gravedad ya ha sido considerada una fuerza entrópica por la física, pero hay controversias.

Por lo tanto, según las definiciones y características de la entropía, se puede concluir cómo su historia está relacionada con las máquinas térmicas, la segunda ley de la termodinámica y muchos otros estudios antiguos, pero que han aportado grandes descubrimientos en el mundo de la física y la ciencia.

Antes de profundizar en el tema de las fuerzas intermoleculares, es fundamental comenzar el artículo con los conceptos básicos para facilitar la comprensión del tema.

Las fuerzas intermoleculares se caracterizan por mantener más de una molécula unida. Por lo tanto, están relacionados con los enlaces químicos, que tienen el objetivo de hacer que las moléculas se unan o se separen.

Las fuerzas intermoleculares causan diferentes estados físicos en los compuestos químicos. La fuerza de esta relación dependerá de la polaridad que tengan las moléculas.

Clasificación

Es importante señalar que las fuerzas intermoleculares pueden clasificarse según su intensidad. Por lo tanto, hay 3 tipos:

• Enlace de hidrógeno – fuerte intensidad de enlace;
• Dipolo permanente (dipolo-dipolo): intensidad intermedia;
• Dipolo inducido (fuerzas de Londres): intensidad de enlace débil;

Enlace de Hidrógeno

Los enlaces de hidrógeno pueden observarse en moléculas cuyo hidrógeno está enlazado con elementos electronegativos y con bajo volumen atómico, como el flúor, el nitrógeno y el oxígeno.

Estos enlaces se caracterizan por ser más fuertes, ya que la electronegatividad es bastante diferente entre los elementos. Uno puede usar la molécula de agua como un ejemplo de este tipo de enlace.

Los enlaces de hidrógeno en el agua generan una alta tensión superficial. Las moléculas insertadas dentro del agua atraen y son también atraídas por las moléculas circundantes. De esta manera, las fuerzas eventualmente se equilibran entre sí.

Por otra parte, las moléculas situadas en la superficie del líquido son atraídas sólo por las moléculas situadas debajo o al lado de ellas.

De esta manera, tales moléculas terminan atrayéndose fuertemente, creando una película en la capa superficial del agua, como si fuera una película plástica.

Cabe señalar que en todos los líquidos se puede observar el fenómeno descrito anteriormente. En el agua, sin embargo, se produce de forma más intensa.

Esta tensión superficial puede explicar ciertos fenómenos. Por ejemplo, los insectos pueden caminar sobre el agua y esto se debe a que las gotas de agua tienen forma esférica.

Dipolo permanente (dipolo)

El dipolo permanente (dipolo-dipolo) es la fuerza intermolecular intermedia que se observa entre las moléculas de los compuestos polares. En este caso, la interacción del hidrógeno con el oxígeno, el flúor y el nitrógeno no se produce.

En el dipolo-dipolo, los electrones se distribuyen asimétricamente, de modo que los elementos más electronegativos terminan atrayendo a los electrones.

En esta forma de unión, las moléculas consideradas polares interactúan para que los polos opuestos se conserven.

El dipolo inducido o las Fuerzas de Londres

El dipolo inducido se produce cuando todas las moléculas, ya sean polares o apolares, se atraen de forma no gravitatoria.

En este caso, los electrones están distribuidos simétricamente. Además, el dipolo eléctrico no está formado.

Sin embargo, cuando se aproximan las moléculas, los dipolos temporales se forman por inducción.

Esto se debe a que la molécula, aunque sea apolar, tiene muchos electrones, que se mueven muy rápidamente.

De esta manera puede suceder que, en un cierto momento, una molécula tenga más moléculas en un lado. Esta molécula se polarizará durante unos momentos.

Con esto, la molécula polarizada puede generar la polarización de alguna molécula que esté en el lado, a través de una inducción eléctrica. Esto permite que se cree una atracción de ambos, incluso si es débil.

Las fuerzas intermoleculares que se observan en el dipolo inducido son 10 veces más débiles que las conexiones del dipolo permanente.

¿Cuál es la diferencia entre las fuerzas intermoleculares e intramoleculares?

Esta diferenciación es importante, ya que los términos son similares y pueden confundirse fácilmente.

En primer lugar, vale la pena señalar que las fuerzas intermoleculares no son más que una forma de enlace químico.

Cualquier cosa que no encaje en esta situación se considera una fuerza intramolecular. Mientras que las formas intermoleculares se producen entre las moléculas, las intramoleculares se observan dentro de estas mismas moléculas.

Las fuerzas intramoleculares pueden clasificarse en:

Iónico

El enlace iónico es similar al enlace de hidrógeno en cuanto a la intensidad de la fuerza.

Esta unión se desencadena por la atracción electrostática que se produce entre los iones con diferentes cargas.

El enlace iónico es equivalente a la relación que se establece entre el metal y el no metal a través de la transferencia de electrones.

Covalente

El enlace covalente produce una fuerza que resulta en la división de los pares de electrones en 2 átomos no metálicos.

La mayoría de los compuestos que son covalentes tienen bajos puntos de fusión y de ebullición. Además, tales compuestos no son muy solubles en agua.

Metálico

El enlace metálico es el resultado de las fuerzas que se producen en el interior de las moléculas en las sustancias metálicas.

Como los metales tienen una pequeña cantidad de electrones de valencias, terminan siendo grandes conductores de electricidad y calor.

Esto ha permitido aclarar la información principal relativa a las fuerzas intermoleculares, para poder entrar en más detalles sobre este importante tema.