Cómo ocurren las reacciones espontáneas y la energía libre (2024)
Las reacciones químicas ocurren debido a los cambios en la energía y la entropía del sistema. Una reacción espontánea es aquella que favorece la formación de productos en las condiciones en las que ocurre la reacción. Por otro lado, una reacción no espontánea es aquella que no favorece la formación de productos en las condiciones dadas.
La energía libre de Gibbs es una función que combina la entalpía y la entropía de una reacción y se utiliza para determinar si una reacción dada ocurrirá espontáneamente. La energía libre de Gibbs se representa con la letra G y se calcula utilizando la siguiente ecuación:
ΔG° = ΔH° - TΔS°
Donde ΔG° es el cambio en la energía libre de Gibbs, ΔH° es el cambio en la entalpía y ΔS° es el cambio en la entropía. La temperatura se representa como T.
La energía libre de Gibbs puede tener diferentes valores dependiendo de los signos de ΔH° y ΔS°. Hay cuatro posibles combinaciones:
ΔH° negativo y ΔS° positivo: en este caso, ΔG° siempre será negativo y la reacción será espontánea a todas las temperaturas.
ΔH° positivo y ΔS° negativo: en este caso, ΔG° siempre será positivo y la reacción nunca será espontánea.
ΔH° negativo y ΔS° negativo: en este caso, el signo de ΔG° dependerá de la temperatura. A temperaturas bajas, ΔG° será negativo y la reacción será espontánea. A temperaturas altas, ΔG° será positivo y la reacción no será espontánea.
ΔH° positivo y ΔS° positivo: en este caso, el signo de ΔG° dependerá de la temperatura. A temperaturas altas, ΔG° será negativo y la reacción será espontánea. A temperaturas bajas, ΔG° será positivo y la reacción no será espontánea.
Es importante tener en cuenta que la temperatura en la ecuación de la energía libre de Gibbs es la temperatura en Kelvin, por lo que siempre será un valor positivo.
Reacciones espontáneas y energía libre en la vida cotidiana
Las reacciones espontáneas y la energía libre de Gibbs son conceptos importantes en la vida cotidiana. Por ejemplo, el proceso de combustión, como el fuego, es una reacción espontánea. Durante la combustión, la energía del sistema disminuye y la entropía aumenta, lo que hace que la reacción sea espontánea.
Por otro lado, algunas reacciones no son espontáneas en condiciones normales, pero pueden ocurrir bajo ciertas circunstancias. Un ejemplo es la formación de monóxido de nitrógeno a partir de nitrógeno y oxígeno. Esta reacción es no espontánea a temperaturas y presiones normales, pero puede ocurrir a altas temperaturas, como durante una tormenta eléctrica.
También es importante tener en cuenta que la espontaneidad de una reacción no está relacionada con la velocidad de la misma. Una reacción espontánea puede ser extremadamente lenta si no se alcanza la energía de activación necesaria.
Conclusiones
En resumen, las reacciones espontáneas son aquellas que favorecen la formación de productos en las condiciones en las que ocurren. La energía libre de Gibbs es una función que combina la entalpía y la entropía de una reacción y se utiliza para determinar si una reacción será espontánea. La espontaneidad de una reacción depende de los cambios en la energía y la entropía del sistema.
La energía libre es la energía que está disponible para hacer el trabajo. Las reacciones espontáneas liberan energía libre a medida que proceden. Los factores determinantes para la espontaneidad de una reacción dependen tanto de los cambios de entalpía como de entropía que se producen para el sistema.
Una reacción espontánea es una reacción que favorece la formación de productos en las condiciones bajo las cuales se produce la reacción. Una hoguera rugiente (ver figura abajo) es un ejemplo de una reacción espontánea.
Cuando un sistema usa su energía libre (o la energía que tiene disponible para hacer trabajo), el cambio en la energía libre de Gibbs ( ) será negativo. Cuando Δ G < 0 , la reacción será espontánea. Cuando Δ G > 0 , la reacción será no espontánea; lo que significa que se debe realizar un trabajo para que ocurra.
La energía libre es la energía interna de un sistema, menos la cantidad de energía que no puede ser utilizada para realizar trabajo. Esta energía no utilizable está dada por la entropía de un sistema multiplicada por la temperatura absoluta del sistema.
Un proceso espontáneo es, en termodinámica, la evolución en el tiempo de un sistema en el cual se libera energía libre, usualmente en forma de calor, hasta alcanzar un estado energético más estable.
En otras palabras, ΔG es el cambio en energía libre de un sistema que va de un estado inicial, como los reactivos, a un estado final, como todos los productos. Este valor nos indica la máxima energía utilizable liberada (o absorbida) al ir del estado inicial al estado final.
De cómo la segunda ley de la termodinámica nos ayuda a determinar si un proceso será espontáneo y el uso de los cambios en la energía libre de Gibbs para predecir si una reacción será espontánea en uno o en otro sentido (o si estará en equilibrio).
Una reacción espontánea ocurre cuando un sistema libera energía y pasa a un estado de menor energía. ∆G es el cambio en la energía libre de Gibbs; la razón por la cual es negativo en una reacción espontánea es porque significa que el sistema está liberando energía a su entorno y por lo tanto pierde energía libre .
En toda reacción química se absorbe o desprende energía (normalmente como calor o luz). Esto se debe a que al romperse y formarse enlaces se absorbe y se desprende energía respectivamente. Según criterios energéticos las reacciones se clasifican en: Exotérmicas (desprenden energía, se les asocia signo negativo).
La energía libre de Gibb se llama energía libre porque está fácilmente disponible en cualquier momento . Si es necesario, la reacción puede obtener esta energía sin tener que trabajar para conseguirla. El cambio en la energía libre de Gibb es la suma de la entalpía y el producto de la temperatura y la entropía del sistema.
Se simboliza con la letra G mayúscula. Fue propuesta por el físico-matemático estadounidense J.Willard Gibbs (New Haven, Connecticut, 11/02/1839–íd., 28/04/1903) en la década de 1870.
Las máquinas de energía libre no funcionan. Ninguna máquina puede crear energía a partir de la nada, ya que esto violaría la ley de conservación de la masa-energía , que es fundamental y universal. La ley de conservación de la energía masiva establece que la energía masiva nunca puede crearse ni destruirse.
La espontaneidad es la capacidad humana de actuar de manera impensada, pasional o instintiva, esto es, sin planificación o sin que medie demasiado la razón. Las acciones espontáneas son aquellas que se llevan a cabo sin pensarlo mucho, sin premeditación, son las que surgen en el momento.
Pista: Las reacciones espontáneas son aquellas reacciones químicas o biológicas que tienen lugar sin la influencia de factores externos. Las reacciones no espontáneas son aquellas reacciones químicas que requieren un aporte de energía para llevarse a cabo o que no pueden tener lugar sin la influencia de factores externos.
If a reaction is exothermic ( H is negative) and the entropy S is positive (more disorder), the free energy change is always negative and the reaction is always spontaneous.
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