Energía libre de Gibbs, entropía y equilibrio

Presentación del tema: "Energía libre de Gibbs, entropía y equilibrio"— Transcripción de la presentación:

1 Energía libre de Gibbs, entropía y equilibrio
J. Willard Gibbs ( )

2 Recordar que en el caso de la entropía:
Predicen si un proceso ocurrirá espontáneamente Termodinámica química se preocupa más del sistema que del entorno Se evita calcular el cambio de energía libre en el entorno

3 Se define una nueva función de estado:
G = energía libre de Gibbs H, G, S, todas funciones de estado por lo tanto G también lo es Proceso reversible se tiene que:

4 Multiplicar la ecuación anterior por -T
Expresión del cambio de entropía en función solo de las propiedades del sistema

5 -TStotal = G Entonces: Energía libre de Gibbs se define como cantidad de energía disponible para realizar trabajo una vez se “ha pagado el precio” por la entropía Para cualquier proceso que ocurra a P, T constante y con un aumento de entropía, G disminuirá Importantes para cambios químicos y de fases que ocurren en su mayoría bajo esas condiciones

6 Energía libre y temperatura
Conociendo el signo (+ o -) de S y H, se puede obtener el signo de G y determinar si una reacción espontánea.

7 Termodinámica de la vaporización del agua
kJ H0 Ejemplo de una reacción o proceso que se hace espontáneo solo a altas temperaturas G0 TS0 En el punto de ebullición normal del agua se cumple que la energía libre del agua líquida y vapor de agua son identicas

8 Energía libre estándar (G0)
Energía libre estándar puede conocerse a partir de los respectivos valores de entalpía y entropía estándar De formación a partir de sus elementos en las formas más estables a 1 atm y 298°K G0 Al igual que H0, los valores de energía libre por convenio para los elementos es 0

9 El valor de G0 de la reacción a 25° puede calcularse utilizando las energías libre de formación estándar Ejemplo: calcular G0 a 25°C para la siguiente reacción:

10 Variación de la energía libre con la temperatura se halla determinada por la entropía
Mayor entropía de la fase, > pendiente y dependencia de la temperatura

11 Equilibrium Pressure of CO2
Temperatura y espontaneidad de una reacción química CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) Equilibrium Pressure of CO2 DH0 = kJ DS0 = J/K DG0 = DH0 – TDS0 A 25 0C, DG0 = kJ DG0 = 0 a 835 0C 18.5

12 Energía libre y equilibrio
G < 0: espontáneo  G > 0: no espontáneo  G = 0: sistema en el equilibrio (energía libre agotada) G  Reactantes Productos Equilibriio  Grx < 0 “espontáneo” R  E  G < 0 espontáneo P  E  G < espontáneo E  R  G > no espontáneo E  P  G > no espontáneo

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14 G°rx ≠ velocidad de reacción
DG°rx puede ser de utilidad para predecir si una reacción será espontánea en la forma que se escribe pero no dice cuan rápido ocurrira la reacción. Ejemplo: C (diamante) + O2(g) CO2(g) DG°rx = -397 kJ <<0 Pero los diamantes siempre existirán…. DG°rxn ≠ velocidad

15 Relación de G con la concentración
Las condiciones no estándares se relacionan con la energía libre estándar (Go) a través del cuociente de reacción G = Go + RT ln Q = Go + RT ln [productos]/[reactantes]

16 El criterio de espontaneidad está dado por G y no por Go
Para gases Para soluciones Q = cuociente de las presiones o concentraciones fuera del equilibrio En el equilibrio: G = 0 Q = K El criterio de espontaneidad está dado por G y no por Go Sólo en condiciones estándar Go podrá utilizarse como criterio de espontaneidad, ya que G = Go Go indica la posición de equilibrio

17 En el equilibrio se cumple:
G = 0 y Q =K