A experimentar…
Ahora a responder • ¿Cuál es el sistema de estudio? • ¿La reacción es espontánea o no? • ¿Clasificarías la reacción como endotérmica o exotérmica?
Δ reacción H° = ? Δ reacción S°= ?
¿Qué variables termodinámicas describe a la reacción química anterior?
¿Cómo podemos combinar estas dos propiedades, de manera tal que se obtenga una única función, cuyo valor determine si una reacción es o no espontánea?
Energía de Gibbs El científico “ subestimado” "La originalidad, el poder y la belleza del trabajo de Gibbs en el ámbito de la termodinámica no han sido superados."
VARIACION ENERGIA DE GIBBS ΔG representa la fracción del cambio de energía total que está disponible para desarrollar trabajo útil. ΔG = ΔH − TΔS
Si el ΔG de una reacción es -210 kJ, es posible obtener 210 kJ de trabajo útil a partir de la reacción. Si ΔG es +210 kJ, habrá que suministrar, al menos, esa misma cantidad de energía en forma de trabajo, para que la reacción tenga lugar.
ENERGIA DE GIBBS Función de estado Propiedad extensiva
A analizar…
• La energía libre de los productos es menor que la de los reactantes. • Al ser G productos menor que G reactivos, ΔG menor que cero (de valor negativo). • El proceso es espontáneo en el sentido directo. La energía libre de los productos es mayor que la de los reactantes. Al ser G productos mayor que G reactivos, ΔG mayor que cero (de valor positivo). El proceso no es espontáneo en sentido directo.
Relación entre G, H y S y predicción de la espontaneidad de un proceso ΔG = ΔH − TΔS ΔG < 0 proceso espontáneo. ΔG > 0 proceso no espontáneo. ΔG = 0 estado de equilibrio La variación de la energía libre se expresa en joule (J) o en kilojoule (kJ).
EJEMPLO: ΔH°reacción = ? ΔS°reacción= ? ΔG°reacción= ? Calcula el ΔG0 para la reacción anterior utilizando los datos de la tabla siguiente ΔH°reacción = ? ΔS°reacción= ? ΔG°reacción= ?
Datos ΔH° ( kJ/mol) ΔS° (J/K mol) CH3COOH -484,2 159,8 NaHCO3 -222,5 102,1 NaCH3CO2 -175,45 101,62 H2O -285,5 69,9 CO2 -393,5 213,6 Resp: ΔG0 = - 184,47 KJ reacción espontanea, pues ΔG < 0
Ejercicios Calcular ΔG° para la reacción de oxidación del fierro a 25 °C ¿Será espontánea o no? (utiliza los datos de la tabla) Fe(s) + O2 (g) ----------------- Fe2O3(s) Datos: ΔH0 KJ/mol ΔS0 J/k mol Fe (s) 27,28 O2 (g) 205,14 Fe2O3(s) -824,2 87,40 Resp: -1.484,5 KJ
Determinar si la siguiente reacción es espontánea a 800 K y 1200 K Determinar si la siguiente reacción es espontánea a 800 K y 1200 K. (utilice datos de la tabla) NH4Cl(s) NH3(g) + HCl (g) Datos ΔH (KJ/mol) ΔS (J/K mol) NH4Cl -314,4 94,6 NH3 -46,2 192,45 HCl -167,16 56,5 Resp: - 18,96 KJ Resp : -78,96 KJ
ENERGIA DE GIBBS ESTANDAR (G° )DE FORMACION. G0 = npGf0(productos)– nrGf0(reactivos) Ejercicio: Calcular el G0 para la reacción de combustión del eteno C2H2 (utiliza los datos del libro y sabiendo que G0 para el C2H2= 209,2 KJ/mol G0 < 0 por lo tanto la reacción ocurre en forma espontánea
La energía libre en condiciones estándar ( ΔG° ) corresponde a valores medidos en condiciones establecidas, tales como: • Sólidos y líquidos, puros. • Gases, a 1 atmosfera (atm) de presión. • Disolución, en concentración 1M ( 1 mol/L ) • Elementos, de valor cero por definición ( ΔG°f = 0 ) • Temperatura de 25 °C
Ejercicio Calcula la energía de Gibss para la reacción. 4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6 H2O(g) Datos: ΔG0 (KJ/mol) NH3(g) - 16,45 O2(g) NO(g) +86,55 H2O(g) - 228,57 Resp = -959,42 KJ
Ejercicios Calcular la variación de la energía libre de Gibbs para la combustión del metano CH4 a 298 K. Datos: Hf0 kJ/mol Sf0 J/mol K CH4 (g) -74,8 186,3 O2 (g) 205,14 CO2 (g) -393,5 213,74 H2O (g) -241,6 188.7 Respuesta: Go= - 893.2 kJ, espontánea
Ejercicio Calcular el Δ G° para la combustión del propano (C3H8). Suponga agua en estado líquido Dato: ΔGº del C3H8 = -23,49 KJ Demás datos ver el libro pag 76 Dato para “DESAFIO” pag 77 O3 Resp: ΔGº= +163,2 KJ