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Efecto de la temperatura en el valor de ΔG0
AE: Predecir la espontaneidad o no espontaneidad y el equilibrio de una reacción química mediante las variaciones de la energía libre. Indicador: Ilustran la dependencia de la espontaneidad de una reacción química del entorno de la temperatura.
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A experimentar…
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Ver video: “Temperatura y velocidad de la reacción”
¿Qué ocurre con la reacción si hay una menor temperatura? ¿Qué ocurre con la reacción si hay una mayor temperatura?
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Espontaneidad de reacciones y temperatura: criterios
P,T ctes; espontáneo: REACCIÓN: crea desorden crea orden + ― kJ/mol kJ/mol exotérmica ― kJ/mol kJ/mol endotérmica +
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Energía libre de Gibbs y espontaneidad
1) Reacciones exotérmicas (H<0) con aumento de desorden (S>0) H <0 -T S <0 ΔG <0 a cualquier temperatura reacción siempre espontánea 2) Reacciones endotérmicas (H > 0) con aumento de desorden (S>0) H >0 -T S <0 reacción espontánea a temperaturas altas 3) Reacciones exotérmicas (H < 0) con aumento de orden (S < 0) H < 0 -T S > 0 Reacciones espontáneas a temperaturas bajas 4) Reacciones endotérmicas (H > 0) con aumento de orden (S < 0) H > 0 -T S > 0 G > 0 siempre Reacciones no espontáneas
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¿Será o no espontánea la siguiente reacción en condiciones estándar?
Ejemplo: ¿Será o no espontánea la siguiente reacción en condiciones estándar? 2H2O2(l) 2H2O (l) + O2(g) Datos Hf0 kJ/mol Sf0 J/mol K H2O2 (l) -187,8 109,6 O2 (g) 205,14 H2O (g) -241,6 188,7
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H0 = npHf0(productos)– nrHf0(reactivos) =
= 2 Hf0(H2O) + Hf0(O2) – 2 Hf0(H2O2) = 2 mol(–285,8 kJ/mol) – 2 mol(–187,8 kJ/mol) = –196,0 kJ S0 = np· S0productos – nr· S0reactivos = 2 S0(H2O) + S0(O2) – 2 S0(H2O2) = 2 mol(69,9 J/mol·K) + 1 mol(205, J/mol·K) – 2mol(109,6 J/mol·K) = 126,0 J / K = 0,126 kJ / K G0 = H0 – T · S0 = –196,0 kJ – 298 K · 0,126 kJ/ K G0 = – 233,5 kJ por lo tanto será espontánea
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¿ A qué temperatura será NO ESPONTANEA la reacción anterior?
Si G0 = 0 el proceso está en equilibrio y entonces H0 = T S0, conociendo los valores de H0 y S0 se puede calcular la temperatura en el equilibrio: G0 = H0 - T x S0 T = H0 S0 T=–196,0 kJ 0,126 kJ/ K T= ,56 K a esta temperatura estará en equilibrio Por lo tanto, a valores menores de ,56 K la reacción será no espontanea.
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EJERCICIO Para la reacción: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) a)Calcula los valores de ΔG° de la reacción a 25 °C y a 500 °C b) Interpreta su resultado. ¿Como varía ΔG° al cambiar la temperatura? c) ¿A qué temperatura estará en equilibrio la reacción? Indica cuando es espontanea y cuando no según el valor de la temperatura de equilibrio. Datos (utiliza los valores de ΔH° y ΔS° de las tablas del libro pág.38 y 67)
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Energía libre de Gibbs y Equilibrio químico
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¿Siempre existen 25 °C exactos
¿Siempre existen 25 °C exactos? ¿Podemos aseverar que la presión es de 1 atm cuando realizamos una actividad experimental?
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La variación de energía libre ( G ) en condiciones no estándar, se puede obtener de la siguiente expresión: ΔG = Δ G° + R T ln Q Donde: ∆G = Energía libre de la reacción en condiciones no estándar. ∆G0 = Energía libre estándar, que se obtiene a partir de datos tabulados en condiciones estándar. R = Constante del gas ideal de valor 8,314 J/mol K = 0, KJ/mol K T = Temperatura absoluta en K (a la que ocurre el proceso).
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Para la reacción: a A + b B c C + d D Q será: Se puede trabajar con concentraciones molares (M) o también con presiones parciales de los gases.
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Ejercicio: N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3(g) Calcule ΔG a 25ºC de la reacción compuesta de 1 atm de N2, 3 atm de H2 y 0,5 atm de NH3
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EJERCICIO Calcule ΔG a 298 K de la reacción compuesta de 0,5 atm de N2 y 0,75 atm de H2 y 2 atm de NH3
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2. En lugar de Q se escribe la constante de equilibrio.
Así, cuando el sistema está en equilibrio, sabremos que: 1. ΔG = 0. 2. En lugar de Q se escribe la constante de equilibrio.
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a A + b B c C + d D Keq = [C]c · [D]d [A]a · [B]b
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Constante de equilibrio K
Keq > 1, significa que la relación de productos es superior a la de los reactantes; por ende, la reacción ocurre en el sentido directo. Keq < 1, significa que la relación de productos es menor a la de los reactantes; por ende, la reacción ocurre en el sentido inverso. Keq = 1, significa que la relación de productos es igual a la de los reactantes.
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