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.

A experimentar…

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?

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 +

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

¿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

 H0 =  npHf0(productos)–  nrHf0(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

¿ 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= -1.555,56 K a esta temperatura estará en equilibrio Por lo tanto, a valores menores de -1.555,56 K la reacción será no espontanea.

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)

Energía libre de Gibbs y Equilibrio químico

¿Siempre existen 25 °C exactos ¿Siempre existen 25 °C exactos? ¿Podemos aseverar que la presión es de 1 atm cuando realizamos una actividad experimental?

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 = 0,008314 KJ/mol K T = Temperatura absoluta en K (a la que ocurre el proceso).

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.

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

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

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.

a A + b B c C + d D Keq = [C]c · [D]d [A]a · [B]b

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.