Supongo que la pregunta es: ¿por qué hay una creación espontánea de un gradiente de temperatura por evaporación? ¿No fluye el calor de caliente a frío según la Segunda Ley, siempre tendiendo a igualar los gradientes de calor?
Primero, se necesita una descripción de la evaporación. Cuando un líquido se evapora, las moléculas del líquido pasan de estar cerca unas de otras y tener interacciones energéticas a estar efectivamente tan separadas que no tienen interacción. Para que ese proceso ocurra, mediante la conservación de la energía, esa energía de interacción debe ser compensada. Esto se compensa con una disminución de la energía cinética de las moléculas, que es lo que medimos como temperatura. Una imagen del proceso es que una molécula de evaporación se libera, absorbiendo energía de las otras moléculas líquidas que la rodean. Una imagen más veraz es que hay una distribución estadística de las energías cinéticas a medida que las moléculas de energía cinética más alta escapan de la fase líquida, por lo que la energía cinética promedio disminuye.
Esa es una descripción molecular de lo que es la evaporación y por qué hace que los líquidos se enfríen. Pero, ¿qué pasa con una descripción termodinámica macroscópica que explica cómo podría suceder? Se puede hacer una explicación usando la Segunda Ley. Es cierto que la entropía del líquido se reduce cuando se baja su temperatura. Pero también debe considerarse el incentivo de entropía para que las moléculas líquidas se conviertan en moléculas de gas. Ese incentivo puede ser bastante grande, porque la cantidad de configuraciones que las moléculas de gas pueden asumir (bolas de billar en el espacio) es mucho mayor que la cantidad de configuraciones que las moléculas líquidas pueden asumir (casi una matriz fija).
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Acabo de hablar sobre los efectos competitivos de la ganancia de entropía al escapar a la fase gaseosa y la pérdida de entropía en la fase líquida por disminución de la temperatura. Es una pregunta natural, bajo un conjunto particular de condiciones, ¿cuándo se cancelan exactamente esos efectos competitivos? Es entonces cuando las energías libres de las fases son iguales y se establece el equilibrio, para una temperatura y presión dadas, [matemáticas] G_ {liq} = G_ {vap}. [/ math] Las energías libres dependen no solo de la entropía sino también de la entalpía, [math] G = H – TS. [/ math] El hecho de que la entalpía se incluye en la energía libre incluso cuando la espontaneidad está determinada solo por consideraciones de entropía [ matemática] \ Delta S_ {univ}> 0 [/ matemática] llega al meollo de su pregunta: debe considerar el contenido de energía de la fase, porque mediante el equilibrio de energía, una transformación de fase absorberá o liberará energía térmica, y esa energía térmica está relacionada con la entropía.
