Costante di equilibrio e ΔG: spontaneità di una reazione

Importanza della costante di equilibrio e dell’energia libera di Gibbs nell’analisi della spontaneità delle reazioni

La costante di equilibrio K fornisce importanti informazioni sulla termodinamica di una reazione chimica, in particolare riguardo alla sua spontaneità e alla direzione in cui si svolge. È fondamentale sottolineare che la costante di equilibrio non fornisce indicazioni sulla velocità con cui avviene la reazione ed è indipendente dalla cinetica del processo.

La relazione tra la costante di equilibrio e l’energia libera di Gibbs, ΔG, è regolata dall’equazione:

ΔG = ΔG° + RT ln Q

Questa relazione fornisce informazioni cruciali sulla variazione dell’energia libera di Gibbs in relazione al quoziente di reazione, Q, e rappresenta una delle principali funzioni termodinamiche.

Ruolo dell’energia libera nella determinazione dello stato di equilibrio

Le condizioni di spontaneità di una reazione a pressione e temperatura costanti possono essere comprese osservando la variazione dell’energia libera:

1) Se ΔG 0, la reazione procede spontaneamente verso sinistra.
3) Se ΔG = 0, si raggiunge l’equilibrio e il quoziente di reazione, Q, è uguale alla costante di equilibrio, K.

Il valore di ΔG dipende da ΔG° e da RT ln Q; poiché ΔG° è determinato per una temperatura specifica, ΔG si modifica in base alla variazione di Q, con R come costante e T come temperatura.

Per esemplificare ulteriormente, consideriamo due scenari limite:

– Se ΔG° è fortemente negativo, anche ΔG sarà negativo e la reazione procederà verso destra fino al raggiungimento dell’equilibrio, quando ΔG = 0.
– Se ΔG° è fortemente positivo, anche ΔG sarà positivo e la reazione procederà verso sinistra fino all’equilibrio, quando ΔG = 0.

Equilibrio e costante di equilibrio

All’equilibrio, con ΔG = 0, l’equazione diventa:

0 = ΔG° + RT ln K

Da cui otteniamo ΔG° = – RT ln K

Pertanto, K = e^(-ΔG°/RT)

Analisi della spontaneità di una reazione

Le equazioni precedenti consentono di valutare la spontaneità di una reazione in base a ΔG°:

– Se ΔG° 1, indicando che la reazione è spontanea e procede verso destra.
– Se ΔG° > 0, allora K