1.1.8 Energía libre y espontaneidad

Procesos Espontáneos


Un proceso espontáneo es aquél que ocurre sin el suministro de energía externa. 

Un proceso espontáneo puede
ocurrir rápida o lentamente.
Un ejemplo es el proceso que lleva al carbono en forma de diamante al grafito.



Los procesos espontáneos pueden
ser exotérmicos o endotérmicos. 
La espontaneidad de un proceso
no está necesariamente relacionada con el cambio de entalpía  ΔH.
Así que todo lo que tenemos que hacer es medir el cambio de entropía del universo entero.
Por suerte, los químicos pueden
evitar tener que determinar el cambio de entropía del universo al definir y usar una nueva cantidad termodinámica que se llama
la energía libre de Gibbs.

 Energía Libre 

Cuando se produce un proceso a temperatura T y presión P constantes, podemos definir una nueva cantidad que se conoce como energía libre de Gibbs:
Energía libre de Gibbs= G = H –TS

En donde H es la entalpía,  T es la temperatura (en kelvin, K) y S es la entropía. La energía libre de Gibbs se representa con el símbolo G, y normalmente tiene unidades de kJ/mol-reacc.


Para un proceso a T y P constantes, podemos reescribir la ecuación para la energía libre de Gibbs en función de cambios en
la entalpía ΔH.
​
ΔG​​=ΔH​​​−TΔS​

Esta ecuación es muy útil pues nos permite determinar el cambio de energía libre de Gibbs a partir del cambio de entalpía ΔH, y de entropía ΔS del sistema. 


Podemos usar el signo de ΔG, para averiguar si una reacción es espontánea en un sentido o en el otro o si la reacción está en equilibrio.
  • Cuando ΔG<0, el proceso es exergónico y ocurriráespontáneamente en sentido directo para formar más productos.
  •  Cuando ΔG>0, el proceso es endergónico y no es espontáneo en el sentido directo. Por el contrario, ocurrirá espontáneamente en el sentido inverso para producir más reactivos.
  •  Cuando ΔG=0, el sistema está en equilibrio y las concentraciones de productos y reactivos permanecerán constantes.
Si nos fijamos con más detalle es nuestra ecuación, vemos que ΔG ​​depende de 3 valores:

  •  El cambio de entalpía ΔH​
  •  La temperatura T
  •  El cambio de entalpía ΔH​




Autores:
Argüelles Braulio Eduardo
Barrios Hernández David


Comentarios

Publicar un comentario

Entradas más populares de este blog

1.1.9. Reacciones exergónicas y endergónicas.

Imagen
Para determinar si una reacción es exergonica o endergonica se necesita saber la diferencia de energía libre  D G.  Cuando la  D G es negativo se dice que dichas reacciones son reacciones exergonicas  porque las moléculas de los reactivos tienen mayor energía que las moléculas de los productos, por lo cual la variación de energía es menor que cero. REACTANTES    →     PRODUCTOS   +   ENERGÍA Cuando su D G es positivo no puede transcurrir espontáneamente porque requiere de un aporte de energía libre y a estas se llaman reacciones endergonicas  porque las moléculas de los reactivos tienen menos energía que las moléculas de los productos, por lo cual la variación de energía es mayor que cero. REACTANTES + CALOR →  PRODUCTOS Ejemplos de reacciones exergonicas: H 2(g)    +  Cl 2(g)   →    2HCl (g)    +   Energía. HCl (ac)   +  NaOH (ac)     →      NaCl (ac)   +  H 2 O (l)      + Calor CH 4(g)   +  O 2(g)    →    CO 2(g)
Leer más

1.2.2 Celdas electroquimicas

Imagen
“Celdas Electroquímicas” ¿Qué son las celdas electroquímicas? Una celda electroquímica es un dispositivo experimental por el cual se puede generar electricidad mediante una reacción química (celda Galvánica). O, por el contrario, se produce una reacción química al suministrar una energía eléctrica al sistema (celda Electrolítica). Estos procesos electroquímicos son conocidos como “reacciones electroquímicas” o “reacción redox” donde se produce una transferencia de electrones de una sustancia a otra, son reacciones de oxidación-reducción. ¿Quiénes las crearon? Las celdas electroquímicas fueron desarrolladas a finales del siglo XVIII por los científicos Luigi Galvani y Allesandro Volta por lo que también se las denomina celda galvánica o voltaica en su honor. ¿Quién es Luigi Galvani? Luigi Galvani (Bolonia, Italia, 9 de septiembre de 1737-ibídem, 4 de diciembre de 1798) fue un médico, fisiólogo y físico italiano, sus estudios le permitieron descifrar la naturaleza eléct
Leer más

1.1.3 Energía Interna y Entalpía

Imagen
Energía Interna La magnitud que designa la  energía almacenada  por un sistema de partículas se denomina energía interna (U). La energía interna es el resultado de la contribución de la energía cinética de las moléculas o átomos que lo constituyen, de sus energías de rotación, traslación y vibración, además de la energía potencial intermolecular debida a las fuerzas de tipo gravitatorio, electromagnético y nuclear. La energía interna es una  función de estado , es decir, sólo depende del estado inicial y del estado final. Como consecuencia de ello, la variación de energía interna en un ciclo es siempre nula, ya que el estado inicial y el final coinciden:   El  calor  intercambiado en un proceso viene dado por: Siendo  C  la capacidad calorífica. En este proceso, por realizarse a volumen constante, se usará el valor  C v  (capacidad calorífica a volumen constante). Entonces, se obtiene finalmente: ENTALPÍA La entalpía es una propiedad cre
Leer más

1.2.1 Reacciones de Oxidación y Reducción.

Imagen
Reacciones de oxidación y reducción.  Se considera como reacción de transferencia de electrones La oxidación y reducción, también conocida como redox , es un proceso químico en el cual cambia en número de oxidación de un elemento. El proceso puede incluir la transferencia completa de electrones para formar uniones iónicas o sólo una transferencia parcial o desplazamiento de electrones para formar uniones covalentes.  Se efectúa una oxidación cuando aumenta el número de oxidación como resultado de la pérdida de electrones. Y una reducción siempre que el número de oxidación disminuya como resultado    de una ganancia de electrones. La oxidación y la reducción se efectúan simultáneamente en una reacción química; una no puede sucede sin la otra. Oxidación: Incremento del número de oxidación                    Perdida de electrones. Reducción: Disminución del número de oxidación                    Ganancia de electrones. El agente oxid
Leer más

1.1.1 Sistemas, estados y funciones de estados

Imagen
Cuando estudiamos el intercambio de energía en los procesos que ocurren en la naturaleza, necesitamos definir conceptos como el de  sistema . En las reacciones químicas, el sistema se encuentra formado por las sustancias químicas que intervienen en ellas y el entorno sería todo lo demás. Definición de función de estado. Se debe saber que algunas variables termodinámicas son, además, lo que se conoce como  funciones de estado . ¿Qué significa esto? Significa que si el sistema sufre una modificación y pasa de un estado A a un estado B, el valor de estas variables termodinámicas que son funciones de estado no depende de cómo se ha efectuado la transformación, sólo del estado del sistema. Veremos esto con un ejemplo concreto para que sea más sencillo, tomando como variable la temperatura. Consideremos un sistema que está en un estado A en el cual la temperatura es de 20ºC. Este sistema sufre una transformación y pasa a estar en un estado B en el cual la temperatura es de
Leer más

1.2 Procesos Electroquímicos

Imagen
Electroquímica :   Es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química. En otras palabras, las reacciones químicas que se dan entre un conductor eléctrico (llamado electrodo) y un conductor iónico (electrolito). En un sentido más amplio, la electroquímica es el estudio de las reacciones químicas que producen efectos eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltajes. Entonces los procesos electroquímicos son aquellos en donde se produce la transformación entre la energía eléctrica y la energía química. El campo de la electroquímica ha sido dividido en dos grandes secciones. La primera de ellas es la Electrólisis, la cual se refiere a las reacciones químicas que se producen por acción de una corriente eléctrica. La otra sección se refiere a aquellas reacciones químicas que generan una corriente eléctrica, éste proceso se lleva a cabo en una celda o pila galvánica.
Leer más

1.1.5 Entalpías de enlace.

Imagen
Entalpías de enlace.  También conocida como entalpía de disociación de enlace, energía de enlace promedio o fuerza de enlace. Es la energía almacenada en un enlace entre átomos de una molécula. Específicamente, es la energía que debe agregarse para conseguir la escisión del enlace homolítica o simétrica en fase gaseosa. Un evento homolítico o evento de ruptura de enlace simétrica significa que cuando el enlace se ha roto, cada uno de los átomos que eran parte el enlace original recibe un electrón, convirtiéndose en un radical, en vez de que se forme un ion. La energía de enlace  Es la energía necesaria para romper un mol de enlaces en estado gaseoso. La energía del enlace H-H es mayor que la del enlace Cl-Cl. Esto quiere decir que el enlace en la molécula H 2 , es más fuerte que en la de Cl 2. Las energías de enlace           son siempre positivas, ya que para romper un enlace se requiere energía. El concepto de energías de enlace ayuda a comprender porque algunas
Leer más

1.1.4 Reacciones exotérmicas y endotérmicas

Imagen
Reacciones  Exotermicas El prefijo  exo  significa “hacia fuera”. Por lo tanto entendemos que las  reacciones exotérmicas  son aquellas que liberan energía en forma de calor. El esquema general de una reacción exotérmica puede ser escrito de la manera siguiente, donde A, B, C y D representan sustancias genéricas. En otras palabras, toda la energía que entró en el primer miembro de la ecuación química, debe salir íntegramente en el segundo miembro de la ecuación. De donde obtenemos la siguiente conclusión:  si una reacción es exotérmica, entonces la entalpía de los reactivos  ( Hr  )  es mayor que la entalpía de los productos ( Hp  ) , pues una parte de la energía que estaba contenida en los reactivos fue liberada para el medio ambiente en forma de calor y apenas otra parte de esa energía quedó contenida en los productos.  Entonces en una reacción exotérmica:  Hr > Hp No es posible determinar directamente la entalpía de cada sustancia participante de una reacción, pero
Leer más

1.1.7 Entropía

Imagen
1.1.7 ENTROPÍA   El término entropía se puede utilizar en Física, Química, Psicología, de forma filosófica, en las Empresas, etc. Lógicamente la entropía que nosotros estudiaremos es aquella relacionada con la física y la química. ¿Qué es la Entropía? La entropía es una propiedad de estado en la que importa solamente el estado inicial y final, independientemente de camino recorrido para pasar de uno a otro. La entropía no se define en valores absolutos, se miden cambios (incrementos= Δ) entre uno y otro estado entrópico. Pongamos algún ejemplo para que te queda mucho más claro. Primero un sistema reversible y luego un sistema irreversible (no puede volver al estadoinicial). Ejemplos de Entropía Tenemos una habitación ordenada = Sistema Inicial. Ahora la desordenamos, tiramos la ropa, muebles, etc. Hemos cambiado el sistema inicial y ahora tengo un sistema final = habitación desordenada. Si quieres colocar las cosas para que esté la habitación orde
Leer más

1.1.6 Termoquímica. Ley de Hess.

 Termoquímica. Ley de Hess. La   Termoquímica  estudia los cambios energéticos ocurridos durante las reacciones químicas. El calor que se transfiere durante una reacción química depende de la trayectoria seguida puesto que el calor no es una función de estado. Sin embargo, generalmente las reacciones químicas se realizan a P=cte o a V=cte, lo que simplifica su estudio. La situación más frecuente es la de las reacciones químicas realizadas a P=cte, y en ellas el calor transferido es el cambio de entalpía que acompaña a la reacción y se denomina "entalpía de reacción". La entalpía es una función de estado, luego su variación no depende de la trayectoria. La combustión (ver figuras 8.23 y 8.24) es un ejemplo de reacciones químicas donde se liberan grandes cantidades de energía. Por ejemplo, la combustión del hidrógeno que se indica a continuación:    En este caso, el sistema es el hidrógeno, el oxígeno y el agua que se
Leer más