Resumen de Termoquímica: Energía Libre de Gibbs

TEMAS

¿Qué es la Energía Libre de Gibbs y cómo determina la espontaneidad de una reacción?
¿Cómo influyen la entalpía y la entropía en la Energía Libre de Gibbs?
¿Qué condiciones termodinámicas de temperatura y presión afectan la espontaneidad?

Energía Libre de Gibbs (ΔG): ΔG = ΔH - TΔS
- Donde ΔG es la energía libre de Gibbs, ΔH es el cambio en entalpía, T es la temperatura en Kelvin, y ΔS es el cambio en entropía.
Condición de Espontaneidad:
- Reacciones espontáneas: ΔG < 0
- Reacciones no espontáneas: ΔG > 0
- Equilibrio: ΔG = 0

Energía Libre de Gibbs (ΔG): Cantidad de energía capaz de realizar trabajo durante una reacción a temperatura y presión constantes. Es el criterio fundamental para la espontaneidad de reacciones.
Espontaneidad de Reacciones: Se refiere a una reacción que ocurre naturalmente sin necesidad de energía externa adicional.
Entalpía (H): Representa el calor intercambiado en un proceso a presión constante.
Entropía (S): Medida del desorden o aleatoriedad en un sistema.
Exergónico: Reacción que libera energía al ambiente (ΔG negativo).
Endergónico: Reacción que absorbe energía del ambiente (ΔG positivo).

La espontaneidad de una reacción no está relacionada con la velocidad de la reacción, sino con la tendencia natural de ocurrir sin intervención externa.
La relación entre entalpía y entropía es crucial. Las reacciones que liberan calor (ΔH negativo) y aumentan el desorden (ΔS positivo) tienden a ser espontáneas.
La temperatura (T) es un factor determinante en la espontaneidad de una reacción. A altas temperaturas, la entropía tiene una mayor influencia.

Definición y Cálculo de ΔG: Explicación de la fórmula ΔG = ΔH - TΔS y cómo refleja la espontaneidad.
Signos de ΔG:
- ΔG negativo (exergónico): indica que la reacción ocurre espontáneamente.
- ΔG positivo (endergónico): indica que la reacción no es espontánea.
- ΔG igual a cero: indica que la reacción está en equilibrio, sin tendencia a avanzar ni retroceder.
Factores que Afectan a ΔG:
- Cambios en la entalpía (ΔH), que pueden ser influenciados por enlaces químicos formados o rotos.
- Cambios en la entropía (ΔS), que pueden ser afectados por la complejidad de las moléculas o por el estado de la materia.
- La temperatura (T), que puede favorecer procesos endotérmicos o exotérmicos.

Ejemplo de Reacción Exergónica:
- Combustión de hidrocarburos (como la gasolina): ΔH es negativo debido a la liberación de calor; ΔS es positivo por la producción de gases a partir de líquidos; ΔG es negativo, indicando espontaneidad.
Ejemplo de Reacción Endergónica:
- Fotosíntesis: ΔH es positivo porque se absorbe energía; ΔS puede ser negativo o ligeramente positivo debido a la formación de sustancias más organizadas a partir de CO₂ y agua; ΔG es positivo en condiciones estándar, indicando no espontaneidad sin la energía solar.
Equilibrio Químico:
- Cuando la reacción alcanza el equilibrio, ΔG es cero, y no se está realizando más trabajo útil, lo que significa que no hay tendencia a avanzar hacia los productos o retroceder hacia los reactivos sin un cambio externo.

Energía Libre de Gibbs (∆G) es el criterio termodinámico para evaluar la espontaneidad de una reacción, considerando la energía disponible para realizar trabajo.
Entalpía (∆H) se refiere al calor involucrado en una reacción química a presión constante, señalando procesos exotérmicos o endotérmicos.
Entropía (∆S) es una medida de la dispersión energética o desorden, esencial para prever cambios en la espontaneidad con la variación de la temperatura.
Temperatura (T) es un componente crucial en la fórmula de ∆G, que puede alterar la dirección de la espontaneidad basándose en la influencia de la entropía.
La fórmula ∆G = ∆H - T∆S une estas variables, permitiendo calcular la energía libre de Gibbs y prever si una reacción ocurrirá espontáneamente o no.

Las reacciones con ∆G negativo son espontáneas, liberando energía libre al ambiente y se denominan exergónicas.
Las reacciones con ∆G positivo no son espontáneas sin la adición de energía externa, clasificadas como endergónicas.
El equilibrio químico se alcanza cuando ∆G es igual a cero, no habiendo más transformación neta de reactivos a productos.
Comprender cómo la entalpía, entropía y temperatura influyen en ∆G es crucial para prever la dirección y espontaneidad de reacciones químicas.
La aplicación práctica del cálculo de ∆G fortalece la capacidad de prever el comportamiento de las reacciones en diferentes condiciones termodinámicas.