Mi maestro planteó esta pregunta en clase y me dejó perplejo, principalmente debido a mi falta de fundamentos de la termodinámica: Peter Griffin estaba sentado cuando, de repente, tuvo una combustión espontánea (basado en un episodio). ¿Es esto posible y, de no ser así, en qué circunstancias es posible?
mi razonamiento es
Hay más partículas de gas, por lo que la entropía debe aumentar, es negativa ya que es una reacción de combustión y así de acuerdo a
Lo que significa que la energía libre disminuye... Lo cual no parece tener sentido porque es muy poco probable que los humanos entren en combustión espontáneamente. Esto me hizo pensar que la reacción en sí es espontánea . Simplemente no procede porque no puede iniciar la reacción debido a una energía de activación insuficiente (las partículas no viajan lo suficientemente rápido).
mi maestro dijo es positivo , lo que no tiene sentido para mí... En una reacción de combustión, se libera energía. Dijo que sólo ocurre a temperaturas muy altas porque es lo suficientemente grande como para contrarrestar lo positivo .
¿Mi maestro tiene razón o mi razonamiento es más correcto?
La mayoría de las reacciones tienen una energía de activación . Esto significa que, aunque en general la reacción produce energía, inicialmente tiene que poner algo de energía para que la reacción se lleve a cabo.
Tomemos por ejemplo la combustión de hidrógeno en oxígeno:
Esta es una reacción exotérmica y también tiene un cambio de entropía positivo, por lo que esperaría que tuviera un cambio de energía libre negativo. Y de hecho lo hace. Pero puedes mezclar hidrógeno y oxígeno a temperatura ambiente y no reaccionarán. Para hacerlos reaccionar, necesita agregar algo de energía, por ejemplo, como una chispa, ¡y la reacción se producirá con una explosión!
La razón de esto es que para que las moléculas reaccionen, primero tienen que dividirse en los átomos que las componen, y eso requiere mucha energía. Una vez que la reacción comienza, el calor liberado es suficiente para proporcionar esta energía de activación, pero a temperatura ambiente, las moléculas de hidrógeno y oxígeno simplemente no tienen suficiente energía para que sus colisiones las dividan en átomos separados.
En el caso particular de quemar sólidos (¡como Peter!) hay otra razón por la que se necesita una energía de activación. Como regla general, la energía de activación necesaria para sacar un átomo de un sólido, para que pueda reaccionar con el oxígeno gaseoso, es muy alta. La combustión es en realidad una reacción en fase gaseosa. Cuando quema, por ejemplo, madera, el calor de la llama produce gases volátiles de la madera. estos gases se queman y el calor resultante produce más gases, y así sucesivamente. Es por eso que para hacer que la madera se queme, primero debe proporcionar calor.
Por cierto, hay otra razón por la que Peter no se quemará. Está lleno de agua (a menos que lo hayas momificado primero) y el agua absorbe el calor convirtiéndose en vapor. Eso significa que tiende a enfriar las reacciones y a privarlas de la energía de activación que necesitan para seguir adelante.
Da la casualidad de que los cuerpos humanos se queman, especialmente si contienen mucha grasa corporal, pero se necesita una fuente de calor para desencadenarlos. Por lo general, el calor derrite la grasa corporal, la grasa se absorbe en la ropa y luego se vaporiza y se quema como lo hace la cera en una vela. El calor liberado es entonces suficiente para quemar también los tejidos menos volátiles.
¡Buen esfuerzo!
Podemos hacer un caso analógico para "espontáneo". Suponiendo que hay una colina, cuando pones una pelota en la cima de la colina, rodará colina abajo espontáneamente. Por el contrario, si pones la pelota al pie de la colina, no rodará colina arriba espontáneamente. La energía potencial juega un papel aquí.
Para una reacción química, es lo mismo, si el cambio de Gibbs libre entre un estado inicial y un estado final es negativo, la mezcla reaccionará espontáneamente cambiando desde el estado inicial (Peter + ) al estado final ( ).
es otra cosa Si es negativa, como puede estar seguro, la energía libre de Gibbs es negativa. Entonces es un proceso espontáneo. Si es positivo, que es más útil en la aplicación práctica, puede ser espontáneo si es menor que . De lo contrario, no es espontáneo.
Aquí hay varias ideas para separar.
Primero, ¿puede un cuerpo arder? Ciertamente, las piezas grandes pueden; la grasa es inflamable y Peter Griffin tiene algo.
¿ Pero se encenderá? Los materiales inflamables tienen una temperatura de "autoignición" a la que se encenderán. Diferentes materiales hacen esto a una temperatura más alta o más baja. Cuando enciendes algo con un fósforo, calientas una pequeña parte lo suficientemente caliente como para encender, esa combustión se calienta más a una temperatura lo suficientemente alta y continúa. Por otro lado, si algo lo está enfriando, es posible que suficiente material nuevo no alcance la temperatura de autoignición y el fuego se apague.
Finalmente, “combustión espontánea” por lo general significa un proceso en el que alguna reacción de oxidación lenta (es decir, en una paca de heno o una pila de compost) genera calor que se acumula, elevando la temperatura, lo que acelera la reacción, más calor, temperatura más alta, reacción más rápida, hasta que finalmente se alcanza la temperatura de autoignición y comienza la combustión.
¿Puede pasar eso en una persona? No sé. Algunos piensan que sí, algunos piensan que el cuerpo humano es realmente bueno para mover el calor para preservar la homeostasis.
dylan patel
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