espontaneidad equilibro termino

INSTITUTO TECNOLOGICO DE ACAPULCO
DEPTO. DE INGENIERIA QUIMICA Y BIOQUIMICA
UNIDAD 1 FISICOQUÍMICA
25/02/14

ENERGÍA LIBRE, ESPONTANEIDAD Y EQUILIBRIO

Los cambios de fase a la temperatura de transición, ocurren en un estado de equilibrio entre las dos fases, de modo que el calor involucrado en ese proceso, representa el calor reversible del cambio. En ese caso podemos escribir:

S= Qrev/T ; o bien S = H/T (solo en cambios de fase)

Si pensamos que entre un sistema y su entorno hay transferencia de calor, entonces cuando el sistema pierde calor, el entorno lo gana:
H(ent.) = -H(sist.)

Si el cambio de entropía total del universo es una contribución de la entropía del sistema y la del entorno, tenemos:
S(universo) = S(sist.) + S(ent.): además S(universo) 0 (Clausius)

La igualdad es para los procesos reversibles o de equilibrio.
Podemos combinar estos conceptos y escribir:
S(univ.) = S(sist.) - H(sist.)/T

Reordenando tenemos que:
TS(univ.) = TS(sist.) - H

Como S(univ.)  0, entonces TS  0, podemos reordenar y escribir:
H(sist.) - TS(sist.)  0

Esto implica que cada vez que en un sistema ocurra un proceso irreversibleel calor involucrado deb ser menor que el cambio de entropía multiplicado por la temperatura al acual ocurre el proceso. En un proceso reversible (igualdad a 0) el calor involucrado es igual al cambio de entropía multiplicado por la temperatura del proceso.

Se define una nueva propiedad de estado conocida como energía libre de Gibbs (G) del siguiente modo:
G = H - TS

Para un cambio apresión y temperatura constante podemos escribir:
G = H - TS

Desde los conceptos anteriores podemos derivar lo siguiente: G  0

En procesos irreversibles (espontáneos) G < 0; esto representa una tendencia hacia el estado final. En una reacción química indica que la formación de productos está favorecida. Por el contrario, un valor de G > 0 representa una tendencia de espontaneidad hacialos reactivos a partir de los productos.
En procesos reversibles (de equilibrio) G = 0; esto representa la condición de un sistema estable en que la tendencia entre los dos estados es la misma. En una reacción química esto indica que se ha alcanzado un estado en que tanto reaccionantes como productos están en equilibrio químico.

En resumen podemos decir:

G
Tipo de reacción
Orientación-
Exergónica
Reactivos  Productos
0
Equilibrio
Reacticos = Productos
+
Endergónica
Reactivos  Productos

Como, para una reacción determinada, es posible calcular el valor de H y S, entonces el valor de G quedará determinado por los valores de estos parámetros.

H
S
G
Resultado

+


+
+

-
No espontáneo a baja temperatura

Espontáneo a alta temperatura

-


-+
No espontáneo a alta temperatura

Espontáneo a baja temperatura
+
-
+
No espontáneo a cualquier temperatura
-
+
-
Espontáneo a cualquier temperatura

Al igual que el Hºf, los valores de la energía libre estandar de formación Gºf también se pueden calcular a partir de los valores de H y S conocidos. En la tabla siguiente se muestran algunos datos de ellos.

Datos a 25ºC, 1atmósfera. G0f(Kcal/mol)
Compuesto
G0f
Compuesto
G0f
Compuesto
G0f
H2O(l)
-56.69
NO2(g)
12.39
(NH4)2CO3(s)
-164.11
H2O(g)
-54.60
SO2(g)
-71.79
Ag2O(s)
-2.59
CO2(g)
-94.26
H2S(g)
-7.89
CH3OH(l)
-39.73
CO(g)
-32.81
NH3(g)
-3.98
C2H5OH(l)
-41.77
NO(g)
20.72
HCl(g)
-22.77
CO(NH2)2 (s)
-47.19
CH4(g)
-12.14
C6H6(l)
30.99
HCO2H(l)
-82.70
C2H4(g)
16.28
C2H2(g)50.00
C2H6(g)
-7.86

La energía libre en un cambio químico: Al igual que la entalpía y la entropía, la energía libre también es una función de estado y el cambio de ella en una reacción vendrá dado por la diferencia de energía libre entre los pructos y los reaccionantes:

G0REACCION = G0PRODUCTOS - G0REACCIONANTES

Al igual que la entalpía, el G0f de los elemento en su estado...