Terceira Lei da Termodinâmica

Por Glauber Luciano Kítor

Terceira lei da Termodinâmica de fato ou apenas uma regra?

Dois grandes nomes da Física, Walther Nernst (11864-1941) e Max Planck (1858-1947) estabeleceram distintamente dois princípios que tentam estabelecer a terceira lei da Termodinâmica, idealizando sistemas cuja entropia tende a um valor mínimo, ou mesmo zero.

Nernst propôs um princípio: que a entropia de um sistema em equilíbrio termodinâmico tende a uma constante S0 finita quando a temperatura tende ao zero absoluto,

S → S0 quando T → 0

A constante S0 é a mesma para qualquer estado de um sistema à temperatura nula. Em outros termos, S0 é independente das grandezas termodinâmicas.

Já o Princípio de Planck resulta em:

S0 = 0

Desta forma, de acordo com Planck, a constante S0 = 0 é universal, ou seja, é a mesma para qualquer sistema.

Esta lei foi rediscutida em 1930, quando Franz Simon coloca em xeque levantando questionamentos acerca do vidro, para o qual não se aplicariam os princípios. Segundo o princípio, a entropia seria zero para sistemas em equilíbrio termodinâmico. Uma possível justificativa para isto é de que o vidro não seria um sistema em equilíbrio termodinâmico. Simon também contesta, em 1937, que a terceira lei se aplicaria somente a cristais puros.

Até hoje não há uma certeza absoluta se é uma lei ou uma regra. Alguns estudiosos da área alegam que há uma exceção, então a dúvida. A forma original enunciada diz que é impossível que um sistema consiga atingir o zero absoluto, pois para isto teria que haver uma ordem perfeita das moléculas que constituem a porção de matéria em questão.

Recentes pesquisas realizadas por John Cumings mostram que não há uma correlação entre o enunciado da terceira lei da Termodinâmica e os resultados experimentais obtidos com a água. O gelo tende a se organizar, como todas as outras substâncias, tanto que os átomos de oxigênio estabelecem uma rede cristalina bem ordenada, o que não ocorre com os átomos de hidrogênio. Segundo o Dr. Cumings,

"Os átomos de hidrogênio param de se mover, mas eles simplesmente param no lugar onde estão, em configurações diferentes ao longo do cristal, sem nenhuma correlação entre eles, e nem mesmo um só deles baixa sua energia o suficiente para reduzir sua entropia a zero,".

Ou seja, o gelo constitui uma exceção à terceira lei da Termodinâmica, que diz que o zero absoluto é uma temperatura para a qual o sistema termodinâmico encontraria seu estado de perfeito ordenamento molecular, de modo que a entropia do sistema caísse a zero.

É cedo pra tirar conclusões sobre isto, uma vez que não se trata de uma observação direta de todo o processo.

Referências bibliográficas:

CUMINGS, John, QI, Yi, BRINTLINGER, T. Department of Materials Science and Engineering, Center for Nanophysics and Advanced Materials, University of Maryland, College Park, 20742

OLIVEIRA, Mário J. de. Contribuições de Nernst e Planck para a Terceira Lei da Termodinâmica Seminário de Física Estatística. Instituto de Física Universidade de São Paulo, São Paulo, 29 de novembro de 2007.