La Calculadora de energía libre de Gibbs es una excelente herramienta para estimar la espontaneidad de una reacción. Combinando los conceptos de entalpía y entropía, se puede derivar la ecuación de energía libre de Gibbs, también conocida como ecuación delta G.
Este artículo explicará cómo calcular la energía libre de Gibbs, analizará las unidades involucradas y proporcionará un ejemplo práctico del uso de la calculadora delta G. Para explorar la regla de fase, considere usar la calculadora de regla de fase de Gibbs.
Reacciones espontáneas y no espontáneas
La energía de Gibbs, representada por G en las ecuaciones, es una combinación de entalpía y entropía. El signo de la energía libre de Gibbs indica la dirección de una químico reacción, siempre que se cumplan las siguientes condiciones:
- Temperatura constante; y
- Presión constante.
En estas condiciones, el resultado de la fórmula delta G arrojará dos posibilidades:
- Si ΔG > 0, la reacción no es espontánea y requiere energía externa, como calor o fotones.
- Si ΔG < 0, la reacción es espontánea y ocurre sin ningún aporte de energía externa.
La ecuación delta G
La fórmula para calcular la energía libre de Gibbs (la ecuación delta G) es:
ΔG = ΔH − T × ΔS
where:
ΔG – Change in Gibbs free energy;
ΔH – Change in enthalpy;
ΔS – Change in entropy; and
T – Temperature in Kelvin.La interacción entre entalpía y entropía
La entalpía (H) representa una forma de energía, mientras que la entropía (S) mide la aleatoriedad de las moléculas. Los sistemas se esfuerzan por lograr una entalpía mínima y una entropía máxima.
La entalpía se expresa en J·mol-1 y la entropía se expresa en J/K. La ecuación de energía libre de Gibbs produce unidades de energía, normalmente en julios (J).
Usando la calculadora de energía libre de Gibbs
La calculadora emplea la fórmula para resolver ejemplos de la vida real. Para usarlo, necesitas conocer tres de las cuatro variables: ΔH, ΔS, T o ΔG. Ingrese los datos conocidos y la calculadora proporcionará la cuarta variable.
Aquí están las fórmulas utilizadas:
ΔG = ΔH − T × ΔS
ΔH = ΔG + T × ΔS
ΔS = (ΔH − ΔG) / TAplicación práctica de la calculadora Delta G
Para demostrar la utilidad de la calculadora, considere una reacción con valores de entalpía y entropía inicial y final conocidos, que ocurre a 20°C:
Reacción: N2 + 3H2 = 2NH3
Entalpía inicial: H0 = 0; Entalpía final: H1 = -92.22 kJ·mol-1; Entropía inicial: S0 = 583.65 J/K; Entropía final: S1 = 384.9 J/K; y T = 20°C = 20 + 273.15 = 293.15 K.
Calculando el cambio de entalpía y entropía:
ΔH = -92.22 kJ·mol-1; y ΔS = -198.75 J/K = -0.19875 kJ/K.
Aplicando la fórmula delta G:
ΔG = ΔH − T× ΔS
ΔG = -92.22 - (-0.19875 × 293.15)
ΔG = -33.96 kJEl resultado de la ecuación delta G es negativo, lo que indica que la reacción es espontánea. Siempre verifique que las unidades de energía libre de Gibbs sean consistentes con las unidades de entalpía y entropía.
Preguntas Frecuentes
Sigue estos pasos:
Determine la temperatura de reacción.
Encuentre el cambio de entropía restando el valor inicial del valor final.
Calcule el cambio de entalpía de manera similar.
Multiplica el cambio de entropía por la temperatura.
Resta el producto del cambio de entalpía para obtener la energía libre de Gibbs.
En el equilibrio no hay cambio neto en cualquier cantidad de la que dependa la energía libre de Gibbs. Como todo es constante, no hay energía disponible para hacerlo. trabajo a menos que se altere el proceso.
La energía libre de Gibbs indica la energía máxima disponible en un sistema para realizar un trabajo. Ayuda a determinar si una reacción es espontánea, no espontánea o está en equilibrio.
Cuando la energía libre de Gibbs es igual a cero, los procesos hacia adelante y hacia atrás ocurren a velocidades iguales, lo que significa que el sistema está en equilibrio. Las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes.
Calcule la energía libre de Gibbs para la reacción. Un valor positivo indica una reacción espontánea (exergónica), mientras que un valor negativo significa un proceso no espontáneo (endergónico).
Conclusión
En conclusión, la Calculadora de energía libre de Gibbs es una herramienta valiosa para predecir la espontaneidad de una reacción química en condiciones específicas. Al comprender y aplicar los principios de entalpía, entropía y la ecuación delta G, se puede determinar si una reacción es espontánea, no espontánea o está en equilibrio. Con este conocimiento, podrá tomar decisiones informadas en diversas aplicaciones científicas e industriales. Además, al considerar los factores que influyen en la espontaneidad de una reacción, es posible manipular las condiciones para lograr el resultado deseado.