În viața de zi cu zi și în laboratoare, există reacții și transformări care sunt spontane și altele care nu sunt spontane. De exemplu, toată arderea este o reacție spontană, deoarece odată ce a început, va continua până când tot combustibilul este consumat sau până când tot oxigenul dispare.
Pe de altă parte, electroliza este un proces non-spontan, în care energia electrică este transformată în energie chimică. Un exemplu este electroliza clorurii de sodiu (NaCI). Când un curent electric este trecut peste această sare topită, există reacții redox și formarea de sodiu metalic (Na(s)) și clor gazos (Cl2 (g)). Dacă oprim curentul electric, reacția nu va continua de la sine, ceea ce arată că nu este spontană.
Spontaneitatea unei reacții poate fi măsurată folosind Ecuația Gibbs-Helmholtz, prezentat mai jos:
Pe ce:
∆G = variația energiei libere;
∆H = schimbare de entalpie;
T = temperatura în Kelvin (întotdeauna pozitivă);
∆S = schimbarea entropiei.
Această ecuație este denumită astfel deoarece a fost propusă de fizicianul american J. Willard Gibbs (1839-1903) și de către fizicianul german Hermann Helmholtz (1821-1894).
Pentru a înțelege mai bine cum această ecuație ne ajută să determinăm spontaneitatea unei reacții, să trecem pe scurt fiecare dintre conceptele implicate în ea:
- ∆H (variație de entalpie): Entalpia (H) este conținutul de energie al unei substanțe. Până în prezent, nu se cunoaște nicio modalitate de a o determina. În practică, ceea ce se realizează este măsurarea variației entalpiei (∆H) a unui proces, folosind calorimetre. Această variație este suma de energie care a fost eliberată sau absorbită în proces.
- ∆S (variația entropiei):Entropia (S) este cantitatea termodinamică care măsoară gradul de tulburare dintr-un sistem.
De exemplu, în topirea gheții, moleculele se deplasează de la o stare solidă la una lichidă, unde există o dezorganizare mai mare. Aceasta înseamnă că în acest proces entropia a crescut (∆S> 0).
Nu te opri acum... Există mai multe după publicitate;)
În producția de amoniac (NH3), 1 mol de azot gazos reacționează cu 3 mol de hidrogen gazos (adică 4 mol de molecule din reactanți), dând naștere la 2 mol de amoniac:
N2 (g) +3 H2 (g) → 2 NH3 (g)
Deoarece numărul de molecule din faza gazoasă scade în acest proces, dezorganizarea a scăzut, ceea ce înseamnă că și entropia a scăzut (∆S <0).
- ∆G (Energie liberă): Energie liberă sau Energie liberă Gibbs (pentru că a fost propus doar de acest om de știință în 1878) este energia utilă a sistemului care este folosită pentru a lucra.
Un sistem are energie globală, dar doar o fracțiune din acea energie va fi utilizată pentru a lucra, aceasta se numește energie liberă Gibbs, simbolizată prin G.
Potrivit lui Gibbs, un proces este considerat spontan dacă efectuează o muncă, adică dacă G scade. În acest caz, starea finală a transformării va fi mai stabilă decât cea inițială atunci când ∆G <0.
Pe baza acestui fapt, putem concluziona următoarele:
De asemenea, putem vedea dacă un proces va fi spontan uitându-ne la semnul algebric al lui ∆H și ∆S în ecuația Gibbs-Helmholtz:
De Jennifer Fogaça
Absolvent în chimie
Doriți să faceți referire la acest text într-o școală sau într-o lucrare academică? Uite:
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. „Energie liberă Gibbs”; Școala din Brazilia. Disponibil in: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm. Accesat la 28 iunie 2021.
