Equilibri termodinàmic

Archiu:Bromine in a vial.png

Bromo líquit, acompanyat d'una boira dels seus vapors de color marró rojós, en un flasco.

En termodinàmica, es diu que un sistema es troba en estat d'equilibri termodinàmic, si és incapaç d'experimentar espontàneament algun canvi d'estat o procés termodinàmic quan està somés a unes determinades condicions de contorn (les condicions que li imponen les seues afores). Per a això ha de trobar-se simultàneament en equilibri tèrmic, equilibri mecànic i equilibri químic.

En termodinàmica clàssica es pot parlar de dos definicions d'equilibri:

1. Els estats d'equilibri són estats estacionarios espacialment homogéneus
2. Els estats d'equilibri són estats estacionarios de fluix zero

Encara que la segona definició inclou a la primera, la segona considera en equilibri aquells estats en els que no existixen fluix de massa o energia pero no necessàriament estats homogéneus.

Potencials termodinàmics i equilibri

La condició d'equilibri termodinàmic d'un sistema pot estudiar-se per mig de l'us de potencials termodinàmics:

Potencial de Helmholtz A (o Energia de Helmholtz): Si un sistema està en contacte en un termostat (T=cte), el potencial As minimisa. El sistema estarà en equilibri tèrmic si A és mínim.

• Entalpia H: Si un sistema està en contacte en una font de treball (P=cte) el potencial H es minimisa. El sistema estarà en equilibri mecànic si H és mínim.
• Energia de Gibbs G: Si un sistema està en contacte en un termostasto (T=cte) i una font de treball (P=cte) el potencial G es minimisa. El sistema estarà en equilibri tèrmic i equilibri mecànic si G és mínim.

Una conseqüència de la segona llei de la termodinàmica és que en un estat d'equilibri, la entropía té un valor màxim en el sistema que es correspondrà en un mínim en un dels potencials termodinàmics. En la formulació axiomàtica de Callen s'expressa com:

En un estat d'equilibri, els valors que prenen els paràmetros característics d'un sistema termodinàmic tancat són tals que maximizar el valor d'una certa magnitut que està en funció de dits paràmetros, cridada entropía.

Repàs de l'equilibri

• Dos sistemes es diuen que estan en equilibri tèrmic quan el valor dels seus temperaturas és la mateixa.

• Dos sistemes es diuen que estan en equilibri mecànic quan el valor dels seus pressiones és la mateixa.

• Dos sistemes es diuen que estan en equilibri de fases quan el valor dels seus potencials químics és el mateix en cada fase en que es trobe presente l'espècie.

• Totes les forces estan balancejades.