Química. La entropía

La termodinámica fija su estudio en el interior de los sistemas físicos, en los intercambios de energía en forma de calor entre un sistema y otro y tiene sus propias leyes. Uno de los soportes fundamentales de la Segunda Ley de la Termodinámica ("La evolución espontánea de un sistema aislado se traduce siempre en un aumento de su entropía.") es la entropía. 

 

Hay situaciones (normalmente a 0ºK) en las que los átomos de una sustancia están perfectamente ordenados en una estructura cristalina, pero no siempre las estructuras responden a ese modelo pues presentan un cierto desorden debido, por ejemplo, a la presencia de una temperatura distinta a 0; para medir el grado de desorden de un sistema, fue definida la llamada entropía, representada por la letra S. Cuando mayor el desorden de un sistema, mayor su entropía y cuanto mayor la temperatura de una sustancia, mayor el movimiento de sus partículas y por tanto, mayor es su entropía. La entropía en el estado gaseoso es mayor que aquella en el estado líquido, que, por su vez, es mayor que la del estado sólido. La variación de entropía en una transformación, depende apenas de los estados inicial y final del sistema, independientemente de cómo los reactivos se transforman en productos, es decir, del mecanismo de reacción.

En el universo, constituido por un sistema y sus alrededores, es un sistema aislado. Podemos calcular la variación de entropía del sistema y sus alrededores, sumando ambas magnitudes se puede llegar a calcular la entropía total del universo utilizando el teorema de Clausius determinando que la entropía del universo siempre crece para cualquier transformación irreversible que se produzca y es constante en cualquier transformación reversible.

1-A-2



2-B-1

 

Además la entropía sólo puede incrementarse con el tiempo, y nunca disminuir, es la tendencia al desorden de todo sistema organizado pudiendo ser útil para distinguir entre pasado y futuro.
La función de la entropía no se limita únicamente a los campos de la química o la física sino que va más allá de ellos, ¿Qué funciones "desconocidas" puede llegar a tener la entropía?:

En biología sin ir más lejos podemos encontrar un ejemplo de entropía; en las cadenas tróficas al ir subiendo de un nivel a otro desde los productores hasta los consumidores se va perdiendo energía química potencial pero va aumentando la correspondiente al calor. Cada vez que subimos tenemos menos control sobre la energía química potencial necesaria para realizar trabajo ya que ésta ha sido transformada en calor que no nos resulta del todo aprovechable, es decir, ha aumentado el grado de desorden que tenemos sobre la cadena trófica.

 Otro punto a tener en cuenta en el ámbito de la biología son los procesos por selección natural que postuló Darwin, las especies evolucionan hacia formas más complejas, es decir, hacia formas más ordenadas, por lo que disminuyen la entropía de sus componentes. Con la selección natural se demuestra cómo las especies evolucionan y sólo permanecen las más capacitadas para la supervivencia, este cambio genético en las poblaciones es lo que provoca la disminución de la entropía de los seres vivos.






En la geología terrestre volvemos a encontrarnos con la entropía; la teoría de la tectónica de placas no se basa en más que una serie de choques y desplazamientos aleatorios imprevisibles y desordenados. En su origen todas las masas de tierra que ahora forman los continentes estuvieron reunidas en una sola denominada Pangea, que nosotros tomaríamos como el orden perfecto, con el paso del tiempo ese gran supercontinente empezó a fragmentarse propiciando la separación de continentes, dando lugar a gran sistema entrópico que hoy conocemos.

Otro campo dónde está presente la entropía es en las relaciones humanas; la sociedad puede verse como un conjunto de individuos relacionados entre sí y la entropía como el costo para mantener el vínculo creado en las relaciones sociales dentro de un marco determinado por el tipo de sociedad, un gran sistema de relaciones humanas con intereses particulares.


Un proceso curioso dónde interviene la entropía es en un reloj de arena; la cantidad de arena en el reloj es constante, ni se crea ni se destruye. Aunque la cantidad de arena en el reloj sea constante, su distribución está constantemente cambiando: la cavidad inferior se va llenando, mientras la cavidad superior se vacía. Esta es la analogía de la segunda ley de la termodinámica, en la que la entropía (que es la arena de la cavidad inferior) aumenta constantemente. La arena de la cavidad superior (la de menor entropía) es capaz de hacer un trabajo mientras cae. La arena en la cavidad inferior (alta entropía) ha agotado su capacidad de realizar un trabajo. El reloj de arena no puede darse la vuelta: la energía gastada no puede reciclarse, a menos que se emplee más energía.

Estos son sólo algunas de las situaciones en las que la entropía entra en juego, lo que nos permite afirmar que el desorden es algo mucho más importante de lo que tenemos estipulado y que juega un papel esencial en casi todas las cosas que condicionan la vida de un ser humano.