Reversibilidad, Irreversibilidad y Entropía

Solapas principales

Hay una forma de entender los procesos irreversibles que siempre me ha hecho mucha gracia: supongamos que ponemos arena de dos colores en un recipiente. Primero colocamos en el fondo la de color 1. Luego, encima, se vierte la de color 2. Claramente, la arena está ordenada, cada color en su sitio. Ahora, cogemos una varilla o un palo y vamos removiendo en el sentido de las agujas del reloj. Al cabo de un cierto tiempo, toda la arena se habrá ido mezclando y será imposible distinguir los dos colores: ahora sólo queda un único color más o menos uniforme. Si este proceso de mezcla fuese reversible, bastaría con volver a remover la arena con el palo, esta vez girándolo en sentido antihorario, y podríamos ver cómo los colores vuelven a separarse. ¿No es así, verdad? Pues ésto es un ejemplo de proceso irreversible.

Otro ejemplo, donde podemos ver que los procesos en los que la entropía disminuye, lo hace a expensas de un consumo de energía: Consideremos mi despacho... Supongamos (lo cual es mucho suponer, pero a efectos del ejemplo haremos como si eso fuese posible) que hoy está todo perfectamente ordenado. Es decir, cada libro en su sitio, revistas y papeles debidamente colocados en sus bandejas o archivadores, los cables del ordenador recogidos, lápices con punta y bolígrafos cerrados colocados en sus cubiletes... etc. ¿OK? Bien, como es fácil de suponer, si dejamos que transcurra el tiempo la entropía no hará sino aumentar constantemente. Es decir, que el proceso espontáneo de la actividad habitual hace que al cabo de pocos días (incluso de pocas horas) todo eso esté en un cierto grado de desorden (por decirlo finamente...). El proceso no se debe confundir con un proceso reversible. Por supuesto, podemos devolver todo a su sitio, pero será a expensas de gastar grandes cantidades de energía necesarias para recolocar cada cosa en su sitio.

Podemos pues, distinguir dos clasificaciones para los procesos: una sería la de reversibles/irreversibles y la otra la de espontáneos/no-espontáneos.

Un proceso es reversible cuando ΔS = 0. Como se puede pensar fácilmente, la ley de Murphy ya nos avisa de que este tipo de procesos son virtuales... ¿Dónde se ha visto que de forma espontánea y sin consumo de energía las cosas se arreglen solas? ¿A que no? Pues eso... Por lo tanto, la inmensa mayoría de los procesos observables en el Universo son todos irreversibles, es decir, que la entropía no deja de aumentar.

Por otra parte, la clasificación en procesos espontáneos y no-espontáneos da más juego... Un proceso es espontáneo cuando no necesita energía para iniciarse, esto es, cuando su energía de activación es cero. En efecto... casi sin gastar nada de energía mi despacho se desordena él solito ( qué cosas, ¿no? ). En cambio, el proceso es no-espontáneo cuando hace falta un empujoncito para iniciarlo. Esa energía que hemos de dar para que el proceso empiece es la energía de activación. Esto no debe confundirse con el hecho de que el proceso sea exoenergético o endoenergético, error frecuente en estudiantes novatos. Mi ejemplo es un caso claro de proceso irreversible, no-espontáneo y bastante endoenergético. ¡Jajaja!