ENERGÍA LIBRE DE GIBBS Y EQUILIBRIO | Química-Física
Summary
TLDREn este video se explica la relación entre la energía libre de Gibbs y la constante de equilibrio en reacciones químicas. Se menciona que la energía libre de Gibbs determina la espontaneidad de una reacción, mientras que la constante de equilibrio indica el punto de equilibrio. Se ilustra cómo la energía libre de Gibbs es negativa para reacciones espontáneas y positiva para no espontáneas, y cómo esto se relaciona con la constante de equilibrio. Se utiliza un diagrama de energía para demostrar que en el punto de equilibrio, la energía libre de Gibbs es cero, lo que corresponde al mínimo de energía. Finalmente, se presenta la fórmula que relaciona la energía libre estándar de Gibbs con la constante de equilibrio y se discute cómo esta relación es útil para entender la tendencia de una reacción a alcanzar el equilibrio y cómo la constante de equilibrio varía con la temperatura.
Takeaways
- 🔍 La energía libre de Gibbs (ΔG) determina la espontaneidad de una reacción química.
- 📉 Las constantes de equilibrio son un indicador del estado de equilibrio de una reacción reversible.
- 🔁 Existe una relación directa entre la energía libre de Gibbs y la constante de equilibrio.
- 📚 Se ha explicado que la constante de equilibrio es constante y no es una variable.
- 📉 En el punto de equilibrio, la variación de energía libre de Gibbs es cero, lo que indica un mínimo de energía.
- 📈 Una reacción con ΔG negativa es espontánea, mientras que una con ΔG positivo no lo es.
- 🔄 La reacción inversa a una que no es espontánea (ΔG positivo) sí lo es y viceversa.
- 📊 La gráfica de energía libre de Gibbs en función del avance de la reacción muestra un mínimo en el punto de equilibrio.
- ⚖️ La relación entre ΔG estándar y la constante de equilibrio se da por la fórmula ΔG = ΔG estándar - RT ln(K).
- 🌡 La constante de equilibrio depende de la temperatura, lo que afecta a su vez a ΔG estándar.
- 🔄 La constante de equilibrio indica el desplazamiento del equilibrio hacia los productos o los reactivos según el valor de ΔG.
Q & A
¿Qué es la energía libre de Gibbs y cómo determina la espontaneidad de una reacción?
-La energía libre de Gibbs es una medida de la capacidad de una reacción para ocurrir espontáneamente. Si la energía libre de Gibbs (ΔG) es negativa, la reacción es espontánea, mientras que si es positiva, la reacción no es espontánea.
¿Qué es la constante de equilibrio y cómo se relaciona con la reacción a la que se refiere?
-La constante de equilibrio (K) es una medida de la proporción en que las sustancias reaccionantes y productos están presentes en un punto de equilibrio. Es una constante que indica la tendencia de una reacción a alcanzar un equilibrio estable.
¿Cómo se relaciona la energía libre de Gibbs con la constante de equilibrio?
-La relación entre la energía libre de Gibbs estándar (ΔG°) y la constante de equilibrio (K) se da por la fórmula: ΔG = ΔG° - RT ln(K), donde R es la constante universal de los gases y T es la temperatura en Kelvin. Esta relación muestra cómo la energía libre de Gibbs está conectada con la tendencia de una reacción a alcanzar el equilibrio.
¿Qué significa que una reacción tenga una energía libre de Gibbs negativa?
-Una energía libre de Gibbs negativa indica que la reacción es espontánea y tiende a ocurrir en la dirección hacia la formación de productos.
¿Qué implica que una reacción tenga una energía libre de Gibbs positiva?
-Una energía libre de Gibbs positiva sugiere que la reacción no es espontánea y, por lo tanto, no ocurre por sí sola; la reacción inversa sería la que sea espontánea.
¿Cómo se determina el punto de equilibrio en una reacción química?
-El punto de equilibrio se determina cuando la reacción está en un estado estacionario, donde la formación de productos y reactivos ocurre a la misma velocidad, y no se observan cambios en las concentraciones de las especies involucradas.
¿Cómo se representa gráficamente la relación entre la energía libre de Gibbs y el avance de la reacción?
-Se puede representar mediante un diagrama de energía, donde el eje Y representa la energía libre de Gibbs y el eje X representa el avance de la reacción. La curva mostrará una pendiente negativa al principio y una pendiente positiva al final, con un mínimo que indica el punto de equilibrio.
¿Por qué la función de energía libre de Gibbs debe ser continua en todo el intervalo de la reacción?
-La función de energía libre de Gibbs debe ser continua porque representa cambios en la energía de la reacción a lo largo de su avance. La continuidad refleja la transición suave y continua entre los estados de la reacción.
¿Cómo se relaciona la pendiente negativa en el diagrama de energía libre de Gibbs con la espontaneidad de la reacción?
-Una pendiente negativa en el diagrama indica que la energía libre de Gibbs disminuye con el avance de la reacción, lo que significa que la reacción es espontánea en ese punto del proceso.
¿Cómo la temperatura afecta a la constante de equilibrio y, por tanto, a la energía libre de Gibbs?
-La temperatura afecta a la constante de equilibrio y a la energía libre de Gibbs porque la fórmula que relaciona ambas incluye a la temperatura (T). Un cambio en la temperatura puede alterar la energía libre estándar y, por lo tanto, el equilibrio de la reacción.
¿Qué se puede inferir de la constante de equilibrio cuando la energía libre de Gibbs es muy negativa?
-Si la energía libre de Gibbs es muy negativa, se infiere que la constante de equilibrio es alta, lo que indica que la reacción es altamente espontánea y se desplaza hacia la formación de productos en gran cantidad.
¿Cómo se puede calcular la energía libre de Gibbs estándar para una reacción en equilibrio?
-Para una reacción en equilibrio, la energía libre de Gibbs estándar se puede calcular utilizando la fórmula ΔG° = -RT ln(K), donde R es la constante de los gases ideales, T es la temperatura en Kelvin y K es la constante de equilibrio.
Outlines
🔬 La relación entre la energía libre de Gibbs y la constante de equilibrio
El primer párrafo explica la relación entre la energía libre de Gibbs y la constante de equilibrio en reacciones químicas. Se menciona que la energía libre de Gibbs determina la espontaneidad de una reacción, mientras que la constante de equilibrio indica un punto de estabilidad donde los productos y reactivos se forman a la misma velocidad. Se utiliza un diagrama de energía para ilustrar cómo la energía libre de Gibbs varía con el avance de la reacción, y cómo un mínimo en esta gráfica corresponde al punto de equilibrio, donde la energía es la más baja. La discusión culmina con la fórmula que relaciona la energía libre estándar de Gibbs con la constante de equilibrio, destacando la importancia de esta relación para entender la tendencia de una reacción a alcanzar el equilibrio.
📚 La fórmula que conecta la energía libre estándar y la constante de equilibrio
En el segundo párrafo, se profundiza en la fórmula que vincula la energía libre estándar de Gibbs con la constante de equilibrio. Se explica que en condiciones de equilibrio, la variación de energía es cero, y se utiliza esta información para despejar la energía libre estándar de Gibbs. Se llega a la conclusión de que la energía libre estándar es negativa para reacciones espontáneas y positiva para aquellas que no lo son, lo que se refleja en una constante de equilibrio baja o alta, respectivamente. Además, se señala que la constante de equilibrio es dependiente de la temperatura, y la fórmula permite calcular la energía libre de Gibbs en cualquier momento, tanto en equilibrio como fuera de él. El párrafo finaliza con un recordatorio de que la constante de equilibrio es una función de la temperatura y cómo esto afecta la posición del equilibrio en función de la energía libre de Gibbs.
Mindmap
Keywords
💡Energía libre de Gibbs
💡Constante de equilibrio
💡Equilibrarse
💡Reacción reversible
💡Avance de la reacción
💡Pendiente negativa
💡Estado de equilibrio
💡Energía libre estándar
💡Logaritmo neperiano
💡Relación entre ΔG y K
Highlights
La energía libre de Gibbs (G) es fundamental para determinar la espontaneidad de una reacción.
La constante de equilibrio (K) es un valor constante que caracteriza el punto de equilibrio de una reacción.
Existe una relación directa entre la energía libre de Gibbs y la constante de equilibrio.
Una reacción en equilibrio muestra un estado estacionario donde no se observa información de productos ni reactivos.
Una reacción con energía libre de Gibbs negativa es espontánea, mientras que una con energía libre positiva no lo es.
La reacción inversa a una no espontánea (con energía libre positiva) sí es espontánea.
Se puede representar la relación entre la energía libre de Gibbs y el avance de la reacción en un diagrama de energía.
La pendiente negativa en el diagrama indica que la reacción es espontánea al inicio.
La pendiente positiva indica que la reacción no es espontánea y tiende a revertirse.
La función de energía libre de Gibbs es continua y debe tener un mínimo, que corresponde al equilibrio.
El punto de equilibrio es donde la energía libre de Gibbs es cero, y es el mínimo de energía.
La relación entre la energía libre estándar de Gibbs (ΔG°) y la constante de equilibrio se da por la fórmula ΔG = ΔG° + RT ln(Q).
En el equilibrio, la relación entre ΔG° y K es ΔG° = -RT ln(K).
Las reacciones con una constante de equilibrio baja tienen una energía libre de Gibbs positiva y no son termodinámicamente favorecidas.
Las reacciones con una constante de equilibrio alta tienen una energía libre de Gibbs negativa y son espontáneas.
La constante de equilibrio depende de la temperatura y es una función de esta.
La ecuación ΔG = ΔG° + RT ln(Q) permite calcular la energía libre de Gibbs en cualquier momento de la reacción.
Transcripts
[Música]
muy buenas alumnos aquí habría quebrado
una vez más palabras de química y vamos
a explicar la relación que hay entre la
energía libre de clips y la constante de
equilibrio hemos explicado ya en el
canal en su momento que es la energía
libre de jeeps que discrimina la
espontaneidad o la no espontaneidad de
una reacción
hemos hablado también de las constantes
de equilibrio que es un equilibrio y
demás pero evidentemente existe una
relación entre estas dos variables estos
dos valores mejor dicho porque la
constante es constante no es una
variable así que vamos a empezar a ver
qué relación puede haber entre estos dos
conceptos vamos a suponer la siguiente
reacción que tenemos a más ver en
equilibrio para dar hace más de
mismamente ya sabemos por el vídeo de
equilibrio que esto sería una situación
en la cual tenemos un estado
estacionario en el que no se observan
información de productos ni información
de reactivos digamos que hemos llegado a
un punto de estabilidad en el cual
tenemos de todas las sustancias en una
proporción determinada
digamos que va en la misma velocidad
hacia los dos sentidos se forman
productos a la misma velocidad que se
forman reactivos una reacción reversible
ahora vamos a suponer que la reacción
estuviera yendo en aquel sentido vale
además ve en aquel sentido ce más de
esta reacción si fuera espontánea
tendría una energía libre de gips
negativa que querría decir entonces que
tuviera una energía libre de gips
positiva energía libre de gips positiva
quiere decir que esta reacción no es
espontánea sin embargo lo que es
espontáneo es la reacción inversa es
decir esta reacción sí que sería
espontánea básicamente si tuviéramos una
reacción con el xerez de gips negativa
sucedería en aquel sentido y una
reacción con energía libre de gips
positiva
seguramente sucediera en el sentido
inverso min ahora vamos a empezar a
darle vueltas a esto que os acabo de
decir imaginaos que tenemos un diagrama
de energía en el cual en el eje y
tenemos la energía libre de gibbs no la
variación sino la energía libre de jeeps
y aquí en el eje x tenemos el avance de
la reacción bien si nosotros tenemos
esta gráfica en la cual tenemos la
energía de gips y aquí tenemos el avance
de la reacción pensad que en el momento
inicial en el punto en el que empieza la
reacción vamos a tener una gran cantidad
de a más ve en el punto final vamos a
tener una gran cantidad de ce más de
suponiendo que de aquí hasta allí fuera
avanzando la reacción entonces en el
momento inicial cuando nosotros tenemos
más cantidad de a más ve como se puede
ver la reacción es espontánea tiene una
variación de energía libre de gibbs
menor que cero lo que quiere decir que
la pendiente de esta gráfica va a ser
una pendiente negativa vamos a poner la
pendiente así esto sería en el momento
inicial y por otro lado tenemos que en
el momento final en el que tenemos más
cantidad de c más de la reacción que
prevalecerá será ésta
y su variación de energía libre de jeeps
será positiva por lo que la pendiente en
este momento va a ser una pendiente
positiva esto qué quiere decir si
nosotros tenemos una función que es
continua como la energía libre de hips
sabemos que en todo este intervalo tiene
que ser continua aquí tiene pendiente
negativo y aquí tiene pendiente positiva
por narices esta función va a tener que
tener un mínimo en este intervalo el
mínimo sería este de aquí y qué pasa con
los mínimos pues que la pendiente es
cero
entonces si este punto es en el que más
desplazado hacia la derecha está este
punto es en el que más desplazado hacia
la izquierda está este punto de aquí va
a ser el punto de equilibrio lo cual
tiene totalmente sentido puesto que
estamos en un mínimo de energía la
energía del ibge de cada uno de estas
situaciones es mayor que la de este
estado por lo tanto la reacción va a
tender siempre a estar en el mínimo de
energía y este mínimo es
el equilibrio así que acabamos de ver la
relación que hay entre el equilibrio y
la energía libre de jeeps es cero bien
vamos a borrar esta gráfica porque la
cosa no queda aquí desde el primer
momento hemos dicho que vamos a hallar
la relación entre la energía libre de
gips y la constante de equilibrio para
ello tenemos que tirar de la siguiente
fórmula de la termodinámica la energía
libre de hips en unas condiciones
determinadas es igual a la energía libre
de jeeps estándar
masseret por logaritmo neperiano de q en
el vídeo de los equilibrios ya vimos que
es esa q esta q es básicamente la
relación que hay entre las distintas
concentraciones de las especies digamos
que tendría la misma forma que la
constante de equilibrio sin embargo las
concentraciones se refieren a cualquier
momento de la reacción os recomiendo
altamente que vayáis a ver el vídeo
correspondiente entonces esta ecuación
es general de acuerdo vamos a ver
entonces qué pasa en la situación de
equilibrio está de aquí bien en la
situación de equilibrio hemos dicho que
la energía
la variación de energía es cero por lo
tanto aquí un cero aquí tenemos la
energía libre de jeeps estándar más r
por el logaritmo neperiano esta vez en
lugar de q lo que tenemos es la
constante de equilibrio porque en el
equilibrio la q se convierte en k
entonces de aquí simplemente despejamos
la energía libre de jeeps estándar y nos
queda que la energía libre de jeeps
estándar de una reacción sería menos
rt por logaritmo neperiano de acá y aquí
tenemos la relación que hay entre la
energía libre de gips y la constante de
equilibrio esto aunque no lo parezca es
una relación súper poderosa porque
relaciona directamente la energía libre
de gips de una reacción con la constante
de equilibrio y fijaos que hay un
fantástico signo menos aquí esto que
quiere decir que las reacciones que
tengan una constante de equilibrio baja
muy baja van a tener una energía libre
de gips positiva van a ser reacciones
que no estarán termodinámicamente
favorecidas y las reacciones que tengan
una constante de equilibrio muy alta van
a tener una energía libre de gris
negativa y por lo tanto
tener reacciones espontáneas básicamente
nos permite relacionar la energía libre
de gipsy la espontaneidad con cuanto de
desplazado va a estar un equilibrio
hacia un lado o hacia el otro si la
energía libre de gibbs es muy negativa
es decir es muy espontánea la reacción
la constante de equilibrio va a tener un
valor muy elevado y por lo tanto vamos a
tener una concentración de cei de muy
alta en el equilibrio es decir que
estará desplazado hacia allí y viceversa
así que esto sería realmente el concepto
la idea que nos transmite esta ecuación
y aparte de esto nos deja también
entrever el concepto de que la constante
de equilibrio depende de la temperatura
porque si quisiéramos calcular la
constante a distintas temperaturas
primero que va a variar la energía libre
de gips y segundo que tenemos que
dividir por t así que la constante como
vemos es función de t y aparte como
vemos aquí tenemos esta ecuación que nos
permite calcular la energía libre de hiv
en cualquier momento es decir tanto si
estamos en equilibrio como si no así que
yo creo que esto es todo en cuanto a la
relación que existe entre delta de g
y acá así que para hacer este vídeo más
largo vamos a dejarlo por aquí y como
siempre si tenéis cualquier duda podéis
ponerme en comentarios o preguntas a
través de twitter o facebook nos vemos
en el próximo vídeo y disfrutar de la
ciencia en su máximo esplendor
[Música]
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