Espontaneidad y energía libre

 

Recuerda que:

 

ü El cambio de energía libre de Gibbs cuando una reacción química o un cambio físico, transcurren a presión y temperatura constantes, vale:

DG = DH - TDS

 

ü El signo de DG es el indicador de la espontaneidad de un proceso para un sistema cerrado. Si hay una disminución neta de energía libre, DG es negativo y el proceso es espontáneo.

 

ü Las reacciones exotérmicas (DH < 0) en las que aumenta el desorden (DS > 0) son espontáneas (DG < 0).

 

ü El estado normal o estándar para DGº es el mismo que para DHº (1 atm y a una temperatura especificada, normalmente 25 ºC). Para los elementos en sus estados estándar, DGf º = 0;

 

ü El cambio de energía libre estándar de una reacción se puede calcular a partir de:

DGº = DHº - TDS º

 

DGº = DGfºProductosDGfºReactivos

   
   

 

Energía libre de Gibbs y espontaneidad de reacción. se pueden dar cuatro casos:

1.      Exotérmicas y con aumento del  desorden: DG < 0 , son espontáneas a cualquier Tª.

(ambos aspectos, entálpico y entrópico,  favorecen la espontaneidad)

 

2.      Endotérmicas con aumento del desorden: son espontáneas si la Tª es suficientemente alta como para conseguir que DG < 0.

(el aspecto energético desfavorece la espontaneidad y el entrópico la favorece)

 

3.      Exotérmica con aumento del orden: son espontáneas si la Tª es suficientemente baja como para conseguir que DG < 0.

(el aspecto energético favorece la espontaneidad y el entrópico la desfavorece)

 

4.      Endotérmicas con aumento del orden: DG > 0, no son espontáneas a ninguna Tª, ocurre el proceso inverso.                                (ambos aspectos desfavorecen la espontaneidad)

 

Nota:

La U.I. de la energía libre de Gibbs (G) es el Julio (J) , la U.I. de la entalpía (H) es el Julio (J) y la U.I. de la entropía (S) es Julio/º Kelvin (J/K). Como los valores de DH suelen ser muy grandes, se expresan en kJ y por el contrario, los valores de DS se expresan en J/K, por lo que, en los cálculos, es necesario expresar ambas unidades de la misma manera: ambas en J o ambas en kJ.

 

La  representación gráfica  de DG frente a T es una línea recta, donde la ordenada en el origen es DH y la pendiente es DS, dado que según la ecuación de Gibbs: DG=DH  - T·DS

 

Veamos las gráficas de los 4 casos que pueden darse

1. DH < 0 y DS > 0 Espontánea siempre

 

2. DH >0 y DS > 0 Espontánea a T altas

 

3. DH < 0 y DS <  0 Espontánea a T bajas

 

4. DH >0 y DS< 0 Espontánea a T altas