Esercizi di Termodinamica: Variazione di energia libera e spontaneità delle reazioni
L’energia libera di Gibbs, espressa in Joule, è una funzione di stato legata alla variazione di entalpia e di entropia, rappresentata dalla relazione ΔG = ΔH – TΔS, con ΔH come variazione di entalpia e ΔS come variazione di entropia. La conoscenza del valore della variazione di energia libera consente di prevedere la spontaneità di un processo.
Nell’esercizio 1, per la reazione H2(g) + O2(g) ⇄ H2O2(l) con variazione di entalpia ΔH° a 25°C pari a – 187.78 kJ/mol, e le entropie standard S°(H2O2) = 109.6 J/molK, S°(O2) = 205.2 J/molK, e S°(H2) = 130.7 J/molK, si calcola la variazione di energia libera standard ΔG°.
Nell’esercizio 2, per la reazione N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) si calcola la variazione di energia libera standard e a 300 °C, e si determina la temperatura minima per la non spontaneità della reazione. Con entropie standard S°(N2) = 191.6 J/molK, S°(H2) = 130.7 J/molK, e S°(NH3) = 192.8 J/molK, e variazione di entalpia ΔH°f(NH3) = – 45.9 kJ/mol.
Nell’ultimo esercizio, si calcola la variazione di energia libera standard per la reazione di combustione dell’isoottano.
Questi esercizi forniscono esempi pratici di calcolo della variazione di energia libera in condizioni standard e a diverse temperature, nonché la determinazione della spontaneità di una reazione.
Per approfondire il calcolo della variazione di energia libera relativa ad altre reazioni e i concetti termodinamici, è possibile continuare l’approfondimento di questi esercizi.