sábado, 23 de octubre de 2010

ENERGÍA LIBRE DE GIBBS

En 1879, Joshia Willard Gibbs, físico de la Universidad de Yale, definió una FUNCIÓN DE ESTADO combinada. Que depende de tres parámetros, la entalpía, la entropía y la temperatura. Conocida también como energía libre de Gibbs.

¿Qué indica la energía libre de Gibbs de un sistema y cómo se representa?

La energía libre de Gibbs para cualquier proceso nos indica la energía que está disponible para realizar un trabajo útil que puede realizar el sistema sobre los alrededores. Se representa con la letra mayúscula G.

¿Cómo calcular la energía libre estándar para una reacción?

La energía libre estándar de formación para un compuesto ∆G° f , es el cambio de energía libre cuando se forma una mol de sustancia a partir de sus elementos en condiciones estándar, o sea a 1 atm de presión y una de temperatura de 298 K (25ºC).

Cabe señalar que la energía libre de los elementos y moléculas diatómicas en esas condiciones es cero.

La variación de energía libre estándar para una reacción ∆G°r se puede calcular a partir de los valores de ∆G°f de sus reactivos y productos de la siguiente manera:

r = S n f(productos) - S m f(reactivos)

donde

S = suma de

n, m = coeficientes estequiométricos de la reacción

La energía libre también se puede calcular a partir de la siguiente ecuación:

G = H - TS

donde T= es la temperatura absoluta

H = variación de entalpía

S = variación de entropía

Interpretación de los valores de ∆G°r

Si el valor de G°r es positivo, la reacción es no espontánea, es decir, no hay energía disponible para realizar trabajo.

Si el valor de G°r es negativo, el proceso es espontánea, es decir, hay energía disponible para realizar trabajo.

Si el sistema presenta un cero, la reacción está en equilibrio.

Ejercicios:

1. Calcula la energía libre de Gibbs de la siguiente reacción: H2O2(g) H2O(g) + ½ O2(g)

Si la temperatura es de 25°C, la H°= -106 kJ/mol y S°= 58 J/mol K. ¿La reacción será espontánea?

2. Calcula la energía libre de Gibbs e indica si la reacción es espontánea. A 298 K, el H° = -240.8 kJ/mol y S° = -171.8 J/mol K, son los valores para la siguiente ecuación química:

BaO (s) + CO2 (g) BaCO3 (s)

3. Con la ayuda de tu tabla termoquímica consulta la y calcula la variación de la energía libre e indica si es un proceso espontáneo o no.

a) 2 KClO3 (s) 2 KCl ( s) + 3 O2 (g)

b) 2 CH3OH(l) + 3 O2(g) 2 CO2 (g) + 4 H2O (l)

4. Predice en los siguientes procesos si aumenta o disminuye el desorden y justifica.

a) Cuando un trozo de metal a 150°C se pone en contacto con agua a 40°C

b) El vapor de benceno, C6H6(g), a una presión de 1 atm se condensa en benceno líquido en el punto de ebullición, 80°C

5. En el siguiente cuadro se encuentran las funciones termodinámicas que se han estudiado, completa la información:

Función termodinámica Signo Interpretación

_________________________________________________

Entalpía Positivo (+)

Reacción exotérmica

Entropía Aumenta el desorden en el sistema

Negativo (-)

Energía libre de Gibbs Positivo (+)

Reacción espontánea

  1. El óxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono para formar carbonato de calcio, CaCO3, como muestra la siguiente ecuación:

CaO (s) + CO2 (g) CaCO3 (s)

a) Calcula la entalpía de reacción e indica si es exotérmica o endotérmica.

b) Indica si el orden aumenta o disminuye en la reacción.

c) Calcula el valor de la entropía.

d) Calcula la energía libre y predice si es la reacción es espontánea o no.

  1. El nitrometano, CH3NO2, es utilizado como aditivo en los combustibles de los motores de combustión interna. Es un compuesto muy volátil y en su descomposición en la cámara de combustión proporciona más oxígeno para favorecer la combustión de la gasolina. Si la ∆G°f CH3NO2 (g) = - 6.91 kJ/mol y CH3NO2 (l) = -113.1 kJ/mol, determina si la condensación del nitrometano es espontánea a 40°C y 1 atm.

  1. Se tiene la siguiente ecuación química:NO(g) + ½ O2(g) NO2(g)

Y se necesita saber cuál es la temperatura más favorable para obtener el producto. Se tienen dos temperaturas: 25°C y 500°C.

a) Calcula los valores de ∆H °r, ∆S°r y ∆G°r a 25 °C.

b) Calcular la energía libre de Gibbs de la reacción a 500°C, con la ayuda de tu tabla termodinámica para el NO (g) y si los valores del NO2 (g) son: ∆H °f= 33. 84 Jk/mol; ∆S°f = 240.45 J/molK.

miércoles, 20 de octubre de 2010

ENTROPÍA

Al igual que la entalpía la entropía es una función de estado, que se representa con la letra mayúscula S. Esta funsión de estado nos indica una medida de la aleatoriedad o del desorden de un sistema.

Ejemplos de sistemas en donde aumenta el desorden.

El cambio de entropía (delta S) de un sistema, sólo depende de su estado inicial y final del sistema y no del camino específico a través del cual el sistema cambia.

Un delta S positivo (+) indica un aumento en el desorden del sistema

Mientras que un delta S negativo (-) indica una disminución en el desorden del sistema.

Para predecir la variación de la entropía de una reacción hay que tomar en cuenta lo siguiente:

  1. Si hay más moléculas gaseosas de las que se consumen, la delta S es positiva.
  2. Si el número total de moléculas gaseosas disminuye, la delta S es negativa.
  3. Si el número total de moléculas gaseosas se conserva en reactivos y productos, la delta S puede ser positiva o negativa.
  4. Si se forman disoluciones a partir de sólidos, la delta S es positiva.
  5. Si la temperatura de un siste a aumenta, la delta S es positiva.

El cambio de entropía en una reacción se puede determinar con la siguiente ecuación:

delta S = S productos – S reactivos

Por ejemplo, para calcular el delta S que sufre el hielo cuando se derrite, procedemos de la siguiente forma:

H2O (s) H2O (l)

delta S = S agua líquida – S hielo = 69.9 J/mol K 41 J/mol K = 28.9 J/mol K

El signo que se obtiene es positivo, por lo que la entropía aumenta.

Finalmente para calcular la entropía en un sistema, reacción química, se puede determinar consultando las tablas termoquímicas a partir de los delta f de los reactivos y productos:

delta Sr = Suma n deltaf (productos) - Suma mdeltaf (reactivos)

donde Suma = suma de

n, m = coeficientes estequiométricos de la reacción