Come calcolare la costante di equilibrio da ΔG nelle reazioni chimiche
L’energia libera di Gibbs, simboleggiata dalla lettera G, è una funzione di stato utilizzata per rappresentare l’energia libera nelle reazioni che avvengono a pressione e temperatura costante. La variazione di energia libera ΔG è calcolata attraverso l’espressione: ΔG = ΔH – TΔS, in cui H rappresenta l’entalpia e S l’entropia. Il valore di ΔG indica se una reazione avviene spontaneamente. Se ΔG < 0, la reazione avviene spontaneamente, se ΔG > 0, la reazione non si verifica spontaneamente, mentre se ΔG = 0, la reazione è in equilibrio.
La relazione tra l’energia libera di Gibbs e la costante di equilibrio è data dall’equazione: ΔG° = – RT ln K (1), in cui R è la costante dei gas (8.314 J/K·mol), T la temperatura espressa in gradi Kelvin e ln K il logaritmo naturale della costante di equilibrio.
Per determinare il valore della costante di equilibrio della reazione N2(g) + O2(g) ⇄ 2NO(g) a 25 °C, con ΔG° pari a 173.4 kJ/mol, applichiamo la formula 173400 J/mol = – 8.314 * 298 ln K, che porta al risultato K = 4.02 * 10^-31.
Nel caso della reazione PbI2(s) ⇄ Pb^2+(aq) + 2I^-(aq), con ΔG° pari a 45 kJ/mol a 25 °C, applichiamo la formula 45000 J/mol = – 8.314 * 298 ln K per ottenere il risultato K = 1.3 * 10^-8.
La costante di equilibrio K nelle reazioni chimiche può quindi essere calcolata utilizzando la relazione con l’energia libera di Gibbs ΔG°, la temperatura e la costante dei gas R, permettendo di prevedere il comportamento della reazione in condizioni di equilibrio termodinamico.