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7/17/2019 farengei

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1.7.1.- La Energía Libre de Gibbs y el Equilibrio Químico

• Unidad 1: Termodinámica química

Hasta ahora hemos estudiado la Energía Libre de Gibbs en condiciones estándares, el valor deesta variación nos permite predecir si la reacción ocurrirá o no, pero a las condiones estandar.

Pero la mayoría de las reacciones quimicas que se producen, tanto en los laboratorios como en laindustria, no lo hacen en condiciones estándar.

Para poder eplicar lo dicho en el parra!o anterior, vamos suponer los siguiente"

• La reacción quimica"

a A (ac) + bB(ac) c!(ac) + d"(ac)

• Los reactivos se encuentran en solución acuosa y en estado estándar, lo que implica que,

cada uno tiene una concentración #$.• %an pronto se inicie la reacción la condición estandar de&a de eistir, pues los reactivos

van a ir disminuyendo a medida que se irán !ormando los productos. Por lo tanto el cálculo de laEnergía Libre de Gibbs a condición estándar ya no sería el adecuado y no podríamos predecir elsentido de la reacción.

Para situaciones en donde se pierde el estado estandar debemos calcular la variación de laenergía Libre de Gibbs a condiciones di!erentes del estándar.

donde"

• R es la constante de los gases epresada en t'rminos de energía (),*#+ -.mol/

• T es la temperatura de la reacción, en grados elvin• Q es el cociente de reacción. Lineas aba&o eplicaremos que signi!ica y como se

determina el cociente de reacción.

0bserva que en la ecuación anterior"

http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/unidades-q2/unidad-1-termodinamica-quimica.html

http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/unidades-q2/unidad-1-termodinamica-quimica.html

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• es un valor constante,• RT Ln Q, no es un valor constante; la ra1ón es que el cociente de reacción es !unción de

la composición de la me1cla de reacción.

Para poder continuar debemos de!inir que se entiende por Cociente de Reacción y que seentiende por Actividad.

Q es el cociente de reacción:

2e de!ine como el cociente entre las actividades de los productos, elevadas a sus índicesestequiom'tricos ylas actividades de los reactantes elevadas a sus índices estequiom'tricos.

%eniendo como e&emplo la reacción química"

a A(ac) + b B(ac) → c C(ac) + d D(ac)

Podemos escribir el cociente de reacción (Q), coo:

Actividad

La actividad, es un arti!icio matemático que permite tener un valor num'rico adimensional (notiene unidades/.

2e obtiene al re!erir la condición de la sustancia, con un estado re!erencial. 3ste estado estáde!inido por la !ase de la sustancia.

!or lo tanto, la actividad es el cociente entre el nuevo valor " el valor de la re#erencia.

La tabla siguiente, nos muestra cuáles son las condiciones re!erenciales, para cada !ase en laque se pueda encontrar las sutancias en una reacción química.

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• Los valores de actividad, no brindan in!ormación sobre la cantidad total de sustancia

presente, sino sólo de la cantidad presente en un volumen temperatura dado.• En las reacciones químicas, tanto las reali1adas en los laboratorios, como en los procesos

industriales4 las soluciones acuosas, o los gases empleados en ellas pueden tenerconcentraciones o presiones muy disitinta a los valores re!erenciales, por lo tanto la mayoría de

las veces el valor de la actividad será di#erente a la unidad.• Los sólidos " l$%uidos puros no pueden variar. Ellos serán siempre sólidos y líquidos

puros con la misma densidad, en consecuencia estarán siepre en su estado re#erencial porlo tanto el valor de su actividad será siempre igual a uno.

&'ercicio:

2iguiendo esas reglas se puede calcular la actividad de cualquier sustancia si conoce!ase y su concentración o su presión.

Por e&emplo, la actividad de una solución de H5l (ac/ de concentración 6,7 $4 tenactividad de 6,7

Calcula la actividad para cada uno de los siuientes casos"

gas 86 (g/ a una presión parcial de 9,)* atm

#9 g de :l(s/.

gas 206 (g/ a una presión parcial de 9.9; atm<

6 L de H60(l/

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5on las de!iniciones de 5ociente de =eacción y de :ctividad, podemos ahora calcular, la variaciónde Energía Libre de Gibbs a condiciones di!erentes del estándar"

!roblea:

Deterina la variación de la ener$a libre de ibbs a las condiciones propuestas:

Teparatura de *-

Reacción producción de aon$aco (/0())

*() + 0 /*() * /0()

La e1cla de reacción contiene: 2,3 at de *()4 0,3 at de /*() " 2,3 at de

#.>

2e debe veri!icar si la reacción está balanceada.6.>

2e debe calcular el cociente de reacción Q. %eniendo en cuenta la ecuación química"

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!roblea:


Teparatura de *-


*() + 0 /*() * /0()


=eempla1ando los valores se obtiene"

*.>

+.>

Conclusi

ones#

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!roblea:


Teparatura de *-


*() + 0 /*() * /0()


5i anali1aos los valores de la &ner$a libre de ibbs a condición est6ndar " a las condpropuestas, podeos observar %ue la espontaneidad auenta, el valor a conddi#erentes del est6ndar se 7ace 6s neativo.

5ondición de Equilibrio"

?na reacción se encuentra en el equilibrio, cuando en determinado momento durante lareacción, está invierte su sentido. @uiere decir que se van !ormando productos y en determinadomomento, los productos comien1an a producir los reactantes.

Esto solo ocurrirá cuando la variación de la Energía libre de Gibbs sea igual a cero.

Lo que nos permite establecer la siguiente ecuación:

El cociente de reacción, Q, en la condición de equilibrio se conoce como Constante de

&%uilibrio y se denota con la letra-, luego la ecuación anterior se escribe de la manerasiguiente"

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:nalicemos lo siguiente"

5onsideremos que la ecuación química de !ormación del óido nítrico, se encuentra en elequilibrio a 67 A5.

*() + 8*() → * 8()

podemos plantear la constante de equilibrio"

2i el valor de - es a"or de 2, implicará que la reacción ha alcan1ado el equilibrio y se ha

!ormado una cantidad considerable de producto. Esto tendrá como consecuencia que el Ln seráun valor positivo.

2i el valor de - es enor de 2, implicará que la reacción alcan1ó el equilibrio pero que lacantidad de producto !ormado es muy pequeBa. Esto tendrá como consecuencia que el Ln C seráun valor negativo.

Esto se resumen en la tabla siguiente"

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