Algunas reacciones son lo que los químicos llaman termodinámicamente espontáneas, lo que significa que ocurren sin tener que esforzarse para que sucedan. Puede determinar si una reacción es espontánea calculando el estándar Energía libre de Gibbs de reacción, la diferencia en energía libre de Gibbs entre productos puros y reactivos puros en sus estados estándar. (Recuerde que la energía libre de Gibbs es la cantidad máxima de trabajo de no expansión que puede obtener de un sistema.) Si la energía libre de reacción es negativa, la reacción es termodinámicamente espontánea como escrito. Si la energía libre de reacción es positiva, la reacción no es espontánea.
Escribe una ecuación que represente la reacción que deseas estudiar. Si no recuerda cómo escribir ecuaciones de reacción, haga clic en el primer enlace en la sección Recursos para una revisión rápida. Ejemplo: suponga que desea saber si la reacción entre el metano y el oxígeno es termodinámicamente espontánea. La reacción sería la siguiente:
Haga clic en el enlace del NIST Chemical WebBook en la sección de Recursos al final de este artículo. La ventana que aparecerá tiene un campo de búsqueda donde puede escribir el nombre de un compuesto o sustancia (por ejemplo, agua, metano, diamante, etc.) y encontrar más información sobre él.
Busque la entalpía estándar de formación, el ΔfH °, de cada especie en la reacción (tanto productos como reactivos). Sume el ΔfH ° de cada producto individual para obtener el ΔfH ° total para los productos, luego agregue el ΔfH ° de cada reactivo individual para obtener el ΔfH ° de los reactivos. Ejemplo: la reacción que escribió incluye metano, agua, oxígeno y CO2. El ΔfH ° de un elemento como el oxígeno en su forma más estable siempre se establece en 0, por lo que puede ignorar el oxígeno por ahora. Sin embargo, si busca ΔfH ° para las otras tres especies, encontrará lo siguiente:
La suma de ΔfH ° para los productos es -393.51 + 2 x -285.8 = -965.11. Observa que multiplicaste el ΔfH ° del agua por 2, porque hay un 2 delante del agua en tu ecuación de reacción química.
Recupera la entropía molar estándar, o S °, para cada una de las especies en tu reacción. Al igual que con la entalpía de formación estándar, sume las entropías de los productos para obtener la entropía total del producto y sume las entropías de los reactivos para obtener la entropía total de los reactivos.
Tenga en cuenta que debe multiplicar S ° tanto para el oxígeno como para el agua por 2 al sumar todo, ya que cada uno tiene el número 2 delante de él en la ecuación de reacción.
Multiplique el S ° de reacción del último paso por 298,15 K (temperatura ambiente) y divida por 1000. Está dividiendo por 1000 porque el S ° de reacción está en J / mol K, mientras que la entalpía estándar de reacción está en kJ / mol.
Ejemplo: el S ° de reacción es -242,86. Multiplicando esto por 298.15, luego dividiendo por 1000, se obtiene -72.41 kJ / mol.
Reste el resultado del Paso 7 del resultado del Paso 4, la entalpía estándar de reacción. La cifra resultante será la energía de reacción libre de Gibbs estándar. Si es negativo, la reacción es termodinámicamente espontánea como está escrito a la temperatura que usó. Si es positivo, la reacción no es termodinámicamente espontánea a la temperatura que usó.
Ejemplo: -890 kJ / mol - -72,41 kJ / mol = -817,6 kJ / mol, por lo que se sabe que la combustión del metano es un proceso termodinámicamente espontáneo.
Referencias
- "Principios químicos: la búsqueda de conocimientos"; Peter Atkins y col.; 2008
- "Química orgánica, estructura y función"; Peter Vollhardt, et al.; 2011
Sobre el Autor
John Brennan, con sede en San Diego, ha estado escribiendo sobre ciencia y medio ambiente desde 2006. Sus artículos han aparecido en "Plenty", "San Diego Reader", "Santa Barbara Independent" y "East Bay Mensual. "Brennan tiene una licenciatura en biología de la Universidad de California, San Diego.
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