Entropia

Entropia leva a aumento de complexidade?

Estudamos na escola que entropia seria o aumento da desordem de um sistema.

Isso nos leva a pensar que a tendência das coisas é diminuir de complexidade, ou seja, a se dispersar, pela desordem, não é mesmo?

No entanto, segundo a segunda lei da termodinâmica, entropia seria a quantidade de energia perdida, em transformações termodinâmicas.

Na verdade, não há nada de desordem nisso, no uso comum da palavra.

Na verdade, as reações químicas espontâneas ocorrem com perda de energia.

Ou seja, o universo tende, naturalmente, a realizar reações químicas, ou seja, a se condensar, ou seja, a aumentar em complexidade.

Quem acha que eu estou errado levante o dedo!

E me explique o porquê.

Interessante seu pensamento, mas vejamos:

Atomic Boy escreveu:Na verdade, as reações químicas espontâneas ocorrem com perda de energia.

Não necessariamente. Existem processos que são espontâneos, apesar de absorverem calor; é o caso da evaporação da água:

H2O(l) --> H2O(v) dH = +43,7 kJ

Porém, esse processo ocorre com considerável aumento da desordem.

Levando em conta este exemplo, PARA MIM, quanto menor a desordem de um sistema, MAIS COMPLEXO ele é. Imagine uma caixa com gudes todas alinhadas/juntas e que não podem se mexer a nenhum instante, agora imagine o quão complexo é chegar a esse ponto. Mas todas jogadas de qualquer jeito na caixa é bastante simples de se visualizar.

Estou questionando justamente o conceito exposto nas escolas.

Segundo o que nos foi ensinado, entropia seria a tendência à desordem.

E isso frequentemente é mostrado com desenhos de moléculas se separando.

Também me parece inadequado o uso de palavras como desordem e complexidade neste assunto (na verdade, eu estava brincando quando disse que as coisas tendem à complexidade, era só mesmo para ir contra o conceito das escolas).

Mas, de acordo com as causas das reações químicas e de acordo com a segunda lei da termodinâmica, as coisas tendem espontaneamente a reagir, não é mesmo?

Por outro lado, a quebra de uma ligação exige energia, não sendo algo espontâneo, não é mesmo?

Desse modo, a tendência das coisas seria a de se aglutinarem, você não acha?

Então falaremos sério, como físico-químicos. Esqueçamos estes conceitos iniciais de desordem/complexidade, isso é e deve ser utilizado para ensino médio.

Temos duas passagens para solucionar boa parte das nossas dúvidas:

"A 2ª lei apenas afirma que calor não flui espontaneamente de um corpo a mais baixa temperatura para um corpo de mais alta, equivalentemente, que a energia que pode efetivamente ser transformada em trabalho, em um sistema fechado, nunca aumenta."

[...]

"Apesar de entropia termodinâmica e desordem serem muitas vezes correspondentes, nem sempre o são. Algumas vezes a ordem aumenta junto com a entropia. O aumento de entropia termodinâmica pode até produzir ordem, como ordenar moléculas por seu tamanho, incluindo o próprio DNA dos seres vivos, ou partículas coloidais em soluções de eletrólitos. Mesmo em um sistema considerado para efeitos práticos fechado, regiões de baixa entropia podem se formar se eles estão separados de outros locais com alta entropia no sistema"

Tendo em mente tal afirmativa, concluímos que a relação entre dS e variação da complexidade/ordem não é um fator constante.

Não sou nenhum leigo no assunto.

Eu conheço o conceito de catalizador, energia de ativação, complexo ativado, etc (disso eu ainda lembro).

Sei que sem enzimas a maioria das reações metabólicas praticamente não ocorrem, mesmo com perda de energia.

Mas os catalizadores estão por aí...

Não vejo problema em sair do terreno dos detalhes, dos casos específicos, do abstrato (matemática, estatística) e entrar no terreno das generalizações.

Estou tentando fazer uma grande generalização.

Eugene

Gostei da sua conclusão e das duas passagens que você selecionou pra gente.

Você poderia me dizer a fonte de cada uma dessas passagens?

Muito obrigado.

Quando eu digo que as coisas tendem a se aglutinar, estou me referindo a conceitos clássicos da química. Mais especificamente à segunda lei da termodinâmica e às causas das reações químicas.

Segundo a química, há causas termodinâmicas e cinéticas para que as reações ocorram.

Quanto às causas termodinâmicas:

Reações de síntese ocorrem com perda de energia, o que é natural.

Reações de decomposição ocorrem com ganho de energia, o que não é natural.

Enfim, a tendência é que ocorram ligações químicas.

Creio que esse não é um conceito difundido dentro da química, no segundo grau, mas que deveria ser.

Percebo que as pessoas ficam com o ideia de desordem na cabeça e acham que a tendência, na natureza, é que a da quebra das ligações.

Eita, esqueci. Mas foi a mais simples de todas: http://pt.wikipedia.org/wiki/Segunda_Lei_da_Termodin%C3%A2mica

Valeu, Eugene!

Não sei se entendi bem a dúvida... Uma forma de entender um pouco a entropia é relacioná-la ao "grau de liberdade" de um sistema.

Imagine um sólido cristalino perfeito, em T = 0 K. Todas as partículas do sistema estão presas umas às outras nesse estado, e não é possível realizar nenhum movimento. O grau de liberdade das moléculas deste cristal é nulo e a entropia é zero.

Ao fornecer energia a esse sistema, as moléculas podem alcançar novos estados energéticos, que antes, no cristal perfeito em 0 K, eram inacessíveis. A entropia indica esse aumento do grau de liberdade das partículas.

O que não se pode esquecer (não sei se é explicado no ensino médio) é que um processo não é governado só pela variação da entropia, mas também pela variação da energia interna (ou entalpia). A função termodinâmica que explica a espontaneidade de uma reação é a Energia Livre (de Gibbs ou de Helmholtz).

Se toda quebra de ligação é endotérmica, como e por que a quebra do ATP libera energia?

A molécula de ATP é uma molécula de alta energia. Características estruturais (mais especificamente, a presença de duas ligações fosfo-anidrido no grupamento trifosfato) fazem com que o ATP tenha um grande potencial para armazenar energia e em função disso, a liberação dessa energia "compensa" a energia que foi necessária para quebrar a molécula. Sob um outro ponto de vista, quando estudamos os produtos da hidrólise (ADP e fosfato inorgânico), percebemos que os produtos são mais estáveis do que o ATP (também por motivos estruturais), indicando que, durante a reação de quebra, houve diminuição de energia, caracterizando-a como exotérmica.

Somado a isso tudo, deve-se considerar o seguinte: ao passo que algumas ligações são quebradas, outras são formadas (como a água solvatando o fosfato inorgânico), o que acaba liberando energia.

Não sei se ficou claro, mas acredito que seja basicamente isso. Para uma explicação mais detalhada, seria necessário um entendimento dos conceitos de entropia e também do fenômeno de ressonância, conceitos estes que, pelo que vi até o momento, não sei se você domina muito bem.

Eu pensei no seguinte, mas não sei se estou certo: embora a quebra seja endotérmica, se trata de uma reação exergônica, ou seja, há liberação de energia, mas não energia térmica e sim a energia livre de Gibbs.

Eu havia pensado na fórmula: Variação de energia livre de Gibbs = Variação de entalpia - Variação de entropia

Levando essa fórmula em consideração e que a variação de entalpia é positiva já que a quebra é endotérmica, posso assumir que um aumento de entropia é responsável por compensar a energia requerida para a quebra da ligação e por tornar a reação exotérmica?

Exato, a questão da entropia é essa mesma. A quebra do ATP gera ADP e Pi , que irão ter uma certa liberdade de deslocamento, aumentanto a entropia do sistema. E visto que a quebra de compostos de alta energia gera calor, a reação pode ser considerada exotérmica, além de liberar a referida energia livre. Um dos aspectos estruturais que mencionei e que podem contribuir também para a exotermia da reação é o fato de existir repulsão eletrostática entre os grupos fosfatos do ATP. Vale ressaltar que a maior parte da utilização de energia vinda do ATP se dá mais pelo seu potencial em transferir grupos do que por sua hidrólise.

Para mais detalhes, um bom livro de Bioquímica pode ajudar.

Demônio de Maxwell

De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a entropia de um sistema isolado não diminui (Todo Sistema abandonado à sua própria sorte se degenera). Para mostrar que tal lei tem caráter estatístico, J.C. Maxwell, nos idos de 1871, argumentou que a presença de um demônio inteligente microscópico violaria essa lei!
Esse minúsculo ser inteligente conseguiria observar o estado microscópico de um sistema físico e aproveitar a ocorrência de flutuações favoráveis para diminuir a entropia.

Segundo Maxwell:

"Mas se concebermos um ser cujas faculdades são tão aguçadas que ele consegue acompanhar cada molécula em seu curso, tal ser, cujos atributos são ainda essencialmente tão finitos quantos os nossos, seria capaz de fazer o que atualmente nos é impossível fazer. Pois vimos que as moléculas em um recipiente cheio de ar a uma temperatura uniforme movem-se com velocidades que não são de modo algum uniformes. Suponhamos agora que tal recipiente é separado em duas porções, A e B, por meio de uma divisória no qual há um pequeno orifício, e que um ser, que pode ver as moléculas individuais, abre e fecha este orifício, de forma a permitir que somente as moléculas mais rápidas passem de A para B, e somente as mais lentas passem de B para A. Ele irá portanto, sem gasto de trabalho, elevar a temperatura de B e abaixar a de A, em contradição à 2ª lei da termodinâmica."

Por que este demônio não viola a 2ª lei da termodinâmica?

Desde então, inúmeros físicos tentaram escapar desta possibilidade. Szilard (1929) fez um grande avanço ao argumentar que a queda de entropia do gás seria compensada por um aumento de entropia na cabeça do demônio. Esmiuçando esta ideia, na década de 50, Brillouin e Gabor argumentaram que é a medição que o demônio faz da posição de uma molécula que levaria a um aumento compensatório de entropia (a absorção de um fóton dissipa energia).

Quando tudo parecia resolvido, Charles H. Bennett – que ficara famoso por ter mostrado que é possível fazer qualquer computação de maneira reversível – mostrou que é o apagamento de informação que dissipa energia no demônio, e não a mera realização de uma medição!

Esta explicação é hoje hegemônica, mas ainda há discípulos de Brillouin que a combatem! Quem terá razão?

Fonte (Apesar de tudo): http://pt.wikipedia.org/wiki/Dem%C3%B4nio_de_Maxwell

Link Externo: http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=16&top=160

Sinceramente, não tinha ouvido falar neste assunto. Alguém já ouviu falar e sabe mais a respeito?

Se a entropia aumenta no processo de evaporação da água, ou seja, a água evaporar é um processo espontâneo, por que toda água do mar não vira vapor?

Vai chegar um momento que a quantidade de moléculas de água condensada será muito grande, isso tornará o embiente onde essas moléculas estão ficar mais organizado, sendo assim a entropia aumentaria. Logo, no momento em que isso acontecer, a chuva seria espontânea por aumentar a desorganização das moléculas de água presente. Logo, a entropia aumenta para a chuva.

Respondi certo ou escrevi muita merda??

hsaiuhsaiuhaisuhisaihusauiasiuhsaaiiuhashuiashiusahiusa
Que pérola...

Sim, você falou merda sim!

Mas não liga não.... acontece...

Se é pérola, então me dê a resposta certa.

Valeu.

No seu lugar eu falaria da cinética do processo, por exemplo, a transformação do açúcar em CO₂ e H₂O é um processo espontâneo (você tem um aumento na entropia do sistema, a variação de energia livre é negativa), mas se você não aumentar a temperatura do sistema vai demorar muitos anos pra todo seu açúcar virar CO₂ e H₂O, ou seja, tem que olhar pra cinética do processo também...

O mar está em constante evaporação.

A pergunta do colega está mal formulada ou é uma "pegadinha".

Agora, se fosse: por que o mar não seca? Aí entra a condensação do vapor por efeitos de temperatura e/ou pressão.

O mar é grande, a evaporação é lenta e a reposição é rápida.
E outra, a evaporação é espontânea só na interface água/ar pois no interior do corpo de água não evapora pois só a energia de criar interface entre água e vapor já deixa a reação não espontânea, já na interface água/ar a água vapor já se mistura com o ar e não precisa criar superfície...