Ejemplos de entropia

La Tetera  y el exparcimiento al azar del Calor

 
Es de dominio público el conocimiento de que el vapor generado por el agua hirviendo, puede ser utilizado como trabajo, por ejemplo el chiflido de una tetera se genera únicamente cuando el agua está hirviendo. Supongamos que se apaga la hornilla que calienta a la tetera que está chiflando y contiene agua a 100 °C (lo que en termodinámica se conocería como el sistema), todo esto está en la cocina (los alrededores) y dejamos que se enfrié la tetera. A medida que se enfría, no se hace más trabajo, y por tanto, deja de chiflar; aún así el calor se transfiere a los alrededores, aumentando la temperatura de la cocina en una cantidad infinitesimal hasta que se alcanza un equilibrio. En ese instante, todas las partes de la tetera, el agua y la cocina, están precisamente a la misma temperatura. La energía libre que una vez estuvo concentrada en la tetera chiflando con agua a a100 °C, ya no existe mas. Pero su equivalente en energía calorífica está completamente esparcido al azar en la suma de tetera + agua + cocina (el universo). Esta energía ya no está disponible para hacer trabajo debido a que no hay diferencia de energía en la cocina, de hecho, el incremento en entropía en la cocina (los alrededores), es irreversible. Sabemos por la experiencia diaria que el calor nunca regresará a la tetera desde la cocina y la hará chiflar al calentar el agua a 100 °C, esto es termodinámicamente imposible.

  

La oxidación de la Glucosa

 

La entropía es un estado o condiciones no solo de la energía sino también de la materia.
 Los organismos aerobios (heterótrofos), extraen energía libre de la glucosa que
obtienen de sus alrededores al oxidarla con O2, que también obtienen de los alrededores
. Los productos finales de este metabolismo oxidativo el CO2 y H2O se regresan a los
alrededores. En este proceso los alrededores sufren de un incremento en la entropía
mientras que el organismo permanece en un estado estacionario t no presenta un cambio
en su orden interno. A pesar de que existe un cambio en la entropía debido a la
 desaparición de calor, la entropía también está relacionada con otro tipo de orden,
 que se ilustra a continuación en la reacción de oxidación de la glucosa:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ®  6 CO₂ + 6 H₂O

Que esquemáticamente puede ser representado de la siguiente forma:

 7 moléculas                                   12 moléculas

                                        Glucosa            CO₂

O₂                         (un sólido)     (un gas) 

   (un gas)                                                                            

H₂O

                                             (un líquido)

Figura: representación de la oxidación de una molécula de glucosa. 

Los átomos contenidos en una molécula de glucosa más 6 moléculas de Oxígeno, un total de 7 moléculas, están ahora, después de la oxidación de la glucosa, repartidas en 12 moléculas (6CO₂ + 6H₂O). Cuando una reacción química resulta en un incremento en el número de moléculas o bien existe una transformación de un estado de la materia a otro, por ejemplo de un compuesto sólido a uno líquido o de este último a un gas, el desorden molecular (el aumento en los grados de libertad de las moléculas),  y por tanto la entropía del sistema se incrementa.