Energia libera di formazione di Gibbs: definizione e esercizi
La G°form, o energia libera di formazione di Gibbs, rappresenta la variazione di energia libera quando gli elementi nei loro stati standard si combinano per formare i prodotti di reazione. Il calcolo della variazione dell’energia libera di Gibbs allo stato standard è espresso dall’equazione: ΔG° = ΔH° – TΔS°, dove ΔH° rappresenta la variazione di entalpia e ΔS° la variazione di entropia. Questi valori sono utili per determinare se una reazione avviene spontaneamente.
La variazione dell’energia libera di formazione di Gibbs può essere calcolata utilizzando i valori tabulati dell’energia libera di Gibbs allo stato standard. Per la formazione di un elemento, il valore dell’energia libera di Gibbs è pari a zero. La variazione dell’energia libera di Gibbs per una generica reazione è calcolata mediante l’equazione: ΔG° = Σ G°form(prodotti) – Σ G°form(reagenti), o anche come ΔG° = ΔH°form – TΔS°form.
Esercizi:
1. Valutare se la reazione
½ N2(g) + 2 H2(g) + ½ Cl2(g) → NH4Cl(s)
avviene spontaneamente a 298.2 K. Con i dati termodinamici forniti e la formula ΔG° = ΔH°form – TΔS°form, è possibile calcolare ΔG° e determinare se la reazione è spontanea a quella temperatura.
2. Analizzare se la reazione di dissoluzione del nitrato di potassio avviene spontaneamente a 25°C. Utilizzando i valori di ΔH°form e ΔS°form per il nitrato di potassio, è possibile calcolare ΔG° e valutare se la reazione è spontanea a 25°C.
La conoscenza dell’energia libera di formazione di Gibbs e la sua applicazione pratica attraverso esercizi come quelli sopra può aiutare a comprendere il comportamento delle reazioni chimiche in diverse condizioni di temperatura e pressione.Calcolo dell’energia libera di Gibbs
Per calcolare l’energia libera di Gibbs (ΔG°) di una reazione chimica, è necessario valutare diversi parametri termodinamici. Iniziamo con il calcolare ΔH°form utilizzando l’equazione:
ΔH°form = Σ ΔH°form(prodotti) – Σ ΔH°form(reagenti)
Considerando i valori delle entalpie standard di formazione dei reagenti e dei prodotti, otteniamo ΔH°form = 2.805 ∙ 104 J.
Successivamente, calcoliamo ΔS°form utilizzando l’equazione:
ΔS°form = Σ ΔS°form(prodotti) – Σ ΔS°form(reagenti)
Dopo aver valutato i valori delle entropie standard di formazione dei reagenti e dei prodotti, otteniamo ΔS°form = 108.9 J/K.
Considerando che la temperatura in gradi Kelvin è 298.15 K, calcoliamo infine l’energia libera di Gibbs utilizzando l’equazione:
ΔG° = ΔH°form – TΔS°form
Otteniamo ΔG° = – 4.4 kJ. Poiché il valore di ΔG° è inferiore a zero, possiamo concludere che la reazione è spontanea.
Per approfondire l’argomento sul calcolo dell’energia libera di Gibbs e comprendere meglio l’importanza di tale parametro in chimica, ti consiglio di leggere il seguente articolo: “Energia libera di Gibbs: concetto e calcolo”.
Se sei interessato a ulteriori approfondimenti sulle reazioni spontanee e sulle relazioni tra entalpia, entropia ed energia libera di Gibbs, ti consiglio di consultare il seguente link esterno: “Reazioni chimiche spontanee e energia libera di Gibbs”.
Questa è una parte importante della termodinamica chimica e comprendere il calcolo dell’energia libera di Gibbs può essere di grande aiuto nello studio e nella comprensione dei fenomeni chimici spontanei.