L’energia libera di Gibbs- Chimica

L’energia libera di Gibbs in chimica

L’energia libera di Gibbs, indicata con la lettera G, è definita matematicamente dalla relazione G = H – TS ed è una funzione di stato legata all’entalpia H e all’entropia S, con la temperatura T.

Se calcoliamo il differenziale totale dell’energia libera otteniamo:

dG = dH – TdS – SdT, derivante dall’equazione dH = dU + pdV + Vdp, quindi:

dG = dU + pdV + Vdp – TdS – SdT

Secondo il primo principio della termodinamica, sappiamo che: dU + pdV = dQ quindi sostituendo tale valore nell’equazione precedente otteniamo:

dG = dQ + Vdp – TdS – SdT

Per un processo spontaneo, irreversibile, vale la disuguaglianza di Clausius dS › dQ
irr/T. Sostituendo TdS al valore di dQ nella formula precedente otteniamo:

dG Spontaneità di un processo Se dG › 0, il processo non è spontaneo nel verso indicato, ma lo sarebbe nel verso opposto. Infine, se dG = 0, il sistema si trova all’equilibrio e non ha tendenza a evolvere in nessun verso. Nelle condizioni sperimentali di pressione e temperatura scelte, se l’energia libera dei prodotti di reazione è maggiore di quella dei reagenti (ΔG›0), il fenomeno chimico non si verificherà spontaneamente nel verso desiderato, ma nel verso opposto. Al contrario, se l’energia libera dei prodotti è minore di quella dei reagenti (ΔG<0), la reazione avverrà spontaneamente.

Esercizi

1) Calcolare la variazione di energia libera a 25°C per la reazione: SO2 + ½ O2 = SO3 ΔH°: SO2 = -70.96 kcal/mol SO3 = -94.45 kcal/mol ΔS°: SO2 = 59.40 cal/mol K SO3 = 61.24 cal/mol K O2 = 49.0 cal/mol K ΔH° = -94.45 – (-70.96) = 23.49 kcal = 23490 cal ΔS° = 61.24 – (59.4 – ½ 49) = -22.66 cal T = 25 + 273 = 298 K ΔG = -23490 – 298(-22.66) = -16.7 cal/mol Il risultato indica che la reazione avviene spontaneamente. Aumentando la temperatura, il valore di ΔG si annulla a T = 1037 K. 2) Calcolare la variazione di energia libera a 25°C per la reazione: CaCO3 = CaO + CO2 ΔH°: CaCO3 = -288.45 kcal/mol CaO = -146.8 kcal/mol CO2 = -94.05 kcal/mol ΔS°: CaCO3 = 22.10 cal/mol K CaO = 9.5 cal/mol K CO2 = 51.06 cal/mol K ΔH° = (-94.05 – 146.8) – (-288.45) = 47.6 kcal/mol = 47600 cal/mol ΔS° = (51.06 + 9.5) – 22.1 = 38.46 cal/mol K ΔG° = 47600 - 298( 38.46)= 36.139 cal/mol, indicando che la reazione non è spontanea, e la temperatura necessaria per rendere ΔG = 0 è T = 1240 K.