Equilibrio químico. ¿Qué es la energía libre de Gibbs?

1. ¿Qué es la energía libre de Gibbs?

Esta es la máxima energía que se aprovecha en un sistema para producir un trabajo, es decir, para que la reacción se lleve a cabo. Es una energía que relaciona la Entalpía y Entropía en ella se determina la espontaneidad de una reacción, y se busca observar la variación de la energía libre de los productos y reactivos. Su principio basado en la espontaneidad significa que la reacción se puede producir sin ningún aporte de energía

∆𝐺 = ∆𝐻 − 𝑇∆𝑆   (𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝í𝑎 𝑦 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑜𝑝𝑖𝑎)

1. ¿Cómo se relaciona la energía libre de Gibbs con la constante de equilibrio?

Cuando la energía de Gibbs es negativa, la reacción es espontánea, cuando es positiva es no es espontánea (pero la reacción inversa si es espontánea), pero si la energía es igual a 0, se encuentra en equilibrio (mínimo de energía). Al estar en equilibrio, la ecuación de Gibbs incluye a la constante de equilibrio que permite ver los desplazamientos según la espontaneidad de las reacciones.

1. Explicar la ecuación que relaciona energía libre de Gibbs con la constante de equilibrio

∆𝐺 = ∆𝐺° + 𝑅𝑇 ∗ ln 𝑄

Cuando la reacción está en equilibrio se obtiene ∆𝐺 = 0

∆𝐺° = −𝑅𝑇 ∗ ln 𝑘

El menos que antepone RT significa que aquellas reacciones donde se tenga una constante de equilibrio baja, tendrán una energía de Gibbs positiva, serán reacciones no espontáneas. La constante de equilibrio permite ver el desplazamiento de la reacción en equilibrio, si la energía de Gibbs es muy espontanea (-), la reacción favorecerá a la derecha, si es positiva, favorece a la izquierda (inversa).

1. ¿Cómo puede determinar la energía libre de Gibbs estándar?

∆𝐺°𝑟𝑒𝑎𝑐 = [𝑐∆𝐺°𝑓 (𝐶) + 𝑑∆𝐺°𝑓 (𝐷)] − [𝑎∆𝐺°𝑓 (𝐴) + 𝑏∆𝐺°𝑓 (𝐵)]

En la ecuación se ve la relación de los productos (C y B) y los reactivos (A Y B) en su condición estándar, es decir, si son gases a 1 atm, si son líquidos o sólidos que sean en estado puro o en concentración= 1 M, para que sea estándar ∆𝐺°𝑓 = 0.

Básicamente es el cambio de energía libre cuando se reacciona un mol de compuesto a partir de sus elementos en estado estándar.

1. ¿Cómo se entiende las magnitudes de la energía libre de Gibbs con la constante de equilibrio?

∆𝐺° = −𝑅𝑇 ∗ ln 𝑘

𝑦 𝑠𝑢𝑝𝑜𝑛𝑔𝑎 𝐴 + 𝐵 ⇌ 𝐶 + 𝐷

Si la constante de equilibro es baja, la energía de Gibbs será positiva, y será una reacción no espontanea (Solo su inversa podrá serlo). Por lo tanto, desplaza hacia la izquierda para favorecer a A y B. Si la constante de equilibrio es grande, la energía de Gibbs será negativa, la reacción será espontanea, y la concentración de C y D será grande (Desplaza hacia la derecha)

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