ENERGIA LIBRE DE GIBBS, ESPONTANEIDAD | Termodinámica
Summary
TLDREn este video educativo, se introduce y explica el concepto de energía libre de Gibbs, una herramienta crucial en la química para determinar si una reacción es espontánea. Se presenta la fórmula que relaciona la entalpía, la entropía y la temperatura con la energía libre de Gibbs (ΔG = ΔH - TΔS), y se discute cómo las variaciones de estas variables afectan la espontaneidad de una reacción. Además, se exploran diferentes escenarios de entalpía y entropía para ilustrar en qué condiciones una reacción química es favorable. El video también aclara que una energía libre de Gibbs negativa indica una reacción espontánea, sin necesariamente implicar una tasa de reacción rápida. Finalmente, se ofrece orientación sobre cómo resolver problemas relacionados con la energía libre de Gibbs sin memorizar tablas, sino aplicando la fórmula fundamental.
Takeaways
- 🔬 La energía libre de Gibbs es una medida importante en química que combina entalpía y entropía.
- 📚 La fórmula para la energía libre de Gibbs (ΔG) es ΔG = ΔH - TΔS, donde ΔH es la variación de entalpía, T es la temperatura y ΔS es la variación de entropía.
- 🌡️ Un proceso químico es espontáneo si la energía libre de Gibbs (ΔG) es menor que cero.
- ↔️ La entalpía es una medida de la energía del calor en un sistema y es positiva para procesos endotérmicos y negativa para exotérmicos.
- 🔄 La entropía es una medida del desorden y tiende a aumentar en todos los sistemas naturales.
- ⚠️ La espontaneidad de una reacción no indica la velocidad de la misma, solo si es favorecida o no.
- 🔄 Para que una reacción sea favorable, es necesario que la entalpía sea negativa y la entropía sea positiva.
- 📉 La variación de entalpía negativa y la variación de entropía positiva hacen que ΔG sea negativa, lo que es favorable para la reacción.
- 📈 La variación de entalpía positiva y la variación de entropía negativa hacen que ΔG sea positivo, lo que no es favorable para la reacción.
- 🌡️ La temperatura influye en la energía libre de Gibbs; por ejemplo, a temperaturas bajas, una reacción con ΔH negativo y ΔS negativo puede ser favorable.
- 📚 Aprender la fórmula de Gibbs y cómo se aplica en diferentes casos es más útil que memorizar tablas para determinar la espontaneidad de reacciones químicas.
Q & A
¿Qué es la energía libre de Gibbs y cómo se relaciona con la entalpía y la entropía?
-La energía libre de Gibbs es una energía que combina la entalpía y la entropía. Se denota con una G mayúscula y se expresa mediante la fórmula: G = Entalpía - Temperatura × Entropía.
¿Cómo se define la espontaneidad de una reacción química en relación con la energía libre de Gibbs?
-Una reacción química es espontánea si su energía libre de Gibbs (ΔG) es menor que cero, lo que indica que la reacción es favorecida y ocurre sin necesidad de input energético adicional.
En el contexto de la energía libre de Gibbs, ¿qué implica que una reacción sea exotérmica?
-Una reacción exotérmica es aquella en la que la entalpía es negativa, lo que significa que la reacción libera calor a su entorno.
¿Cómo se relaciona la entropía con la tendencia natural de los sistemas a cambiar?
-La entropía mide el desorden de un sistema. Todos los sistemas tienden a aumentar su entropía, es decir, a crecer en desorden, de manera natural.
¿Cuál es la ecuación que relaciona la variación de la energía libre de Gibbs con la variación de entalpía y la variación de entropía?
-La ecuación que relaciona la variación de la energía libre de Gibbs (ΔG) con la variación de entalpía (ΔH) y la variación de entropía (ΔS) es: ΔG = ΔH - Temperatura × ΔS.
¿En qué condiciones termodinámicas son las reacciones más favorables para ocurrir?
-Las reacciones son más favorables cuando la entalpía es negativa y la entropía es positiva, lo que resulta en una ΔG menor que cero.
¿Cómo afecta la temperatura a la energía libre de Gibbs y, por ende, a la espontaneidad de una reacción?
-La temperatura puede afectar la energía libre de Gibbs al interactuar con la variación de entropía. A temperaturas más altas, es más probable que una reacción con una variación de entropía positiva sea espontánea, mientras que a temperaturas bajas, una reacción con una variación de entalpía negativa es más probable de ser espontánea.
¿Qué significa que una reacción sea espontánea y cómo se relaciona con la velocidad de la reacción?
-Una reacción espontánea es aquella que ocurre naturalmente sin necesidad de input energético adicional. Sin embargo, ser espontánea no indica nada acerca de la velocidad de la reacción; una reacción puede ser espontánea y ocurrir rápidamente o lentamente.
¿Cómo se determina si una reacción química es posible o no en función de su energía libre de Gibbs?
-Una reacción química es posible si su energía libre de Gibbs (ΔG) es menor que cero, lo que indica que la reacción es espontánea y favorecida para ocurrir.
¿Cómo se pueden representar las diferentes posibilidades de variación de entalpía y entropía en relación con la energía libre de Gibbs?
-Se pueden representar mediante una tabla que muestra las diferentes combinaciones de variación de entalpía (ΔH) y variación de entropía (ΔS), y cómo estas afectan a la energía libre de Gibbs (ΔG) en diferentes temperaturas.
¿Cómo se determina en qué temperaturas una reacción exotérmica con una variación de entropía positiva está favorecida?
-Para una reacción exotérmica (ΔH negativa) con una variación de entropía positiva (ΔS positiva), la ecuación ΔG = ΔH - Temperatura × ΔS muestra que ΔG será menor que cero independientemente de la temperatura, por lo que la reacción estará favorecida en cualquier temperatura.
Outlines
🔬 Concepto de Energía Libre de Gibbs y Espontaneidad
El primer párrafo introduce el concepto de Energía Libre de Gibbs (ΔG) como una combinación de entalpía (ΔH) y entropía (ΔS), fundamental en la química. Se explica que ΔG es igual a ΔH menos la temperatura multiplicada por ΔS. Se centra en la variación de ΔG (ΔΔG), que es la diferencia entre el estado final y el estado inicial de una reacción química. Se menciona que para una reacción espontánea, ΔG debe ser menor que cero, lo que indica que la reacción es favorable y ocurre sin necesidad de input energético adicional. Además, se discute cómo la entalpía y la entropía afectan la energía libre de Gibbs: procesos endotérmicos (ΔH > 0) y exotérmicos (ΔH < 0), y la tendencia natural de los sistemas a aumentar su entropía (ΔS > 0). Se concluye que, en condiciones favorables, la entalpía debe ser negativa y la entropía positiva para que ΔG sea negativo y la reacción sea espontánea.
🌡 Variación de la Energía Libre de Gibbs con la Entalpía y Entropía
El segundo párrafo explora cómo la Energía Libre de Gibbs (ΔG) varía en función de la entalpía (ΔH) y la entropía (ΔS) en diferentes escenarios. Se presenta una tabla con cuatro casos posibles, analizando cuándo la reacción es espontánea (ΔG < 0) o no (ΔG > 0) en función de si ΔH y ΔS son positivas o negativas. Se discuten los efectos de la temperatura en estos casos, indicando que para reacciones exotérmicas con aumento de entropía, ΔG será negativo en cualquier temperatura, lo que significa que la reacción es siempre favorable. Para reacciones endotérmicas con disminución de entropía, ΔG será positivo, y para reacciones endotérmicas con aumento de entropía, la temperatura debe ser baja para que ΔG sea negativo. Finalmente, para reacciones exotérmicas con disminución de entropía, solo en temperaturas altas la reacción será posible. El párrafo concluye con una sugerencia práctica para resolver ejercicios relacionados con estas conceptos, evitando memorizar tablas y utilizando en su lugar la fórmula de Gibbs y el criterio de espontaneidad.
Mindmap
Keywords
💡Energía libre de Gibbs
💡Entalpía
💡Entropía
💡Espaontaneidad
💡Variación de energía libre
💡Endotérmico
💡Exotérmico
💡Temperatura
💡Reacción química
💡Tabla de posibilidades
Highlights
La energía libre de Gibbs es una energía utilizada en estudios de química que combina entalpía y entropía.
Se presenta la fórmula de la energía libre de Gibbs: ΔG = ΔH - TΔS.
La variación de la energía libre de Gibbs (ΔG) es importante en reacciones químicas.
Entalpía positiva indica un proceso endotérmico, negativa indica un proceso exotérmico.
La entropía tiende a aumentar en todos los sistemas.
Condiciones favorables para una reacción implican entalpía negativa y entropía positiva.
Cuando ΔG es menor que cero, la reacción es espontánea.
La espontaneidad no indica la velocidad de una reacción, solo que es favorable a ocurrir.
Se discuten cómo variaría ΔG en función de la temperatura y la entropía.
Tabla de posibilidades de variación de entalpía y entropía y su efecto en ΔG.
Caso de entalpía y entropía negativas: ΔG negativa a temperaturas bajas.
Caso de entalpía negativa y entropía positiva: ΔG siempre negativa, independientemente de la temperatura.
Caso de entalpía positiva y entropía negativa: reacciones no termodinámicamente posibles.
Caso de entalpía positiva y entropía positiva: reacciones posibles solo a altas temperaturas.
Ejemplo de cómo resolver un ejercicio sobre una reacción exotérmica con entropía positiva.
La energía libre de Gibbs es crucial para determinar si una reacción es posible.
Invitación a los espectadores a hacer preguntas y sugerencias en los comentarios.
Transcripts
[Música]
muy buenas alumnos aquí breaking blando
una vez más para hablar de química y en
la clase de hoy vamos a estudiar la
energía libre de gibbs como concepto y
también vamos a introducir el concepto
de espontaneidad así que bueno empezamos
muy bien la energía libre de gif es una
energía que se suele utilizar bastante a
lo largo de todos los estudios en
química así que es conveniente por lo
menos tener claro que es obtener clara
su utilización de la energía libre de
gips es una energía que combina la
entalpía y la entropía que ya hemos
visto en vídeos anteriores así que va a
pasar a poneros la fórmula que relaciona
estas tres variables y pasamos a
explicar un poco más la energía libre de
gips que se denomina con una g mayúscula
sería igual a la entalpía menos la
temperatura por la entropía esa es la
ecuación de la energía libre de gibbs
pero generalmente en las reacciones
químicas lo que se estudia es la
variación de esta energía libre
cuando teníamos al final menos cuanto
teníamos al principio así que
generalmente esto se expresa siempre
como variaciones variación de energía
libre de gips ser igual a la variación
de entalpía menos la temperatura por la
variación de entropía ahora bien vamos a
eliminar esta de aquí nos vamos a
centrar en esta en los vídeos anteriores
dent al pie de entropía que os habría
dejado en una etiqueta y que es bastante
conveniente que los tengáis claros para
este vídeo ya dijimos varias cosas en
primer lugar que la entalpía si era
positiva era un proceso endotérmicos y
si era negativa era un proceso
exotérmico lo que quiere decir que
emitía calor a lo largo de la reacción y
por otro lado decíamos en el vídeo de la
entropía que todos los sistemas tienden
inequívocamente a aumentar su entropía
por lo tanto fijaos que ahora mismo
tenemos que en las condiciones más
favorables de un sistema la entalpía ha
de ser negativa y la entropía ha de ser
positiva por lo tanto si nosotros
sustituimos esto
en esta ecuación fijaos que tenemos
entalpía negativa y la entropía que es
positiva se vuelve negativa porque aquí
tenemos un signo menos por lo tanto todo
este factor sería menor que 0 y por lo
tanto en estas condiciones que ya hemos
dicho que son las favorables para una
reacción la energía libre de gips será
menor que cero bien pues habéis
entendido esto ya habéis entendido el
concepto de espontaneidad es decir
siempre que tengamos una energía libre
de gips menor que cero en nuestra
reacción está reacción será espontánea
lo que quiere decir que estará
favorecida que se dará simplemente vamos
a ahorrar todo lo que tenemos por aquí y
os lo explico un pelín más claro tal y
como os he dicho el criterio de
espontaneidad es que la energía libre de
gips sea menor que cero de acuerdo lo
vamos a poner aquí
cuando se da este caso una reacción es
espontánea lo que quiere decir que
sucede sin más no quiere decir que
suceda rápido ni que suceda lento no
indica nada acerca de la velocidad de
una reacción simplemente indica que
sucede así que como veis en la energía
libre de gips en la química es bastante
importante ya que es el criterio que
determina si una reacción es posible o
no lo es así que ahora lo que vamos a
ver es cómo variaría la energía libre de
gibbs en función de la antad pía y de la
entropía porque como ya hemos dicho lo
favorable sería que la variación de
entropía fuera negativo y la variación
de entropía positiva pero puede ser que
no se dé el caso y que ésta sea negativa
y esta negativa o cualquiera de las
cuatro posibilidades que tenemos como
veis tenemos aquí una tabla intentado
hacerla lo más recta posible dentro de
mis capacidades y bueno vamos a hacer
aquí distintas posibilidades de acuerdo
la entropía puede ser negativa y la
entropía también
la entropía puede ser negativa y la
entropía positiva planta el pie puede
ser positiva y la entropía negativa y la
entalpía positiva y la entropía positiva
también pues bien ahora vamos a aplicar
los distintos casos que tenemos a la
ecuación de la energía libre de gips
fijaos en el primer caso tenemos
entalpía negativa y entropía también
negativa por lo tanto si la variación de
entropía es negativa este factor va a
ser negativo y si la entropía es
negativa este factor de aquí va a ser
positivo por lo tanto si queremos que
delta deje que la variación de la
energía libre de grip sea negativa este
factor de aquí al ser negativo va a
tener que tener un valor absoluto mayor
que el que tenga todo este de aquí para
que al hacer la resta siga siendo
negativo por lo tanto el valor absoluto
de la variación de entalpía ha de ser
mayor que el valor absoluto de la
temperatura por la variación de entropía
por lo tanto si ahora nosotros
despejamos de aquí la temperatura
pasando este factor
del otro lado tendríamos que delta de h
partido por delta de s ha de ser mayor
que la temperatura por lo tanto esta
reacción se va a dar a temperaturas
bajas ya que cuanto más pequeña sea la
temperatura más posible es que esto de
aquí sea cierto y que por lo tanto la
energía libre de gibbs sea negativa
siguiente caso en el siguiente caso
tenemos entalpía negativa y entropía
positiva en la antártida negativa nos
quiere decir que este factor va a ser
negativo y la entropía positiva quiere
decir que este factor de aquí también va
a ser negativo por lo tanto la energía
libre de gips va a ser negativa sea cual
sea el caso así que aquí siempre va a
ser delta de g menor que cero
independientemente de la temperatura
siguiente caso aquí tenemos que la
antártida es mayor que cero y la
entropía menor si la antártida es mayor
que cero este factor será positivo y si
la entropía es menor que cero este
factor también será positivo con lo que
al hacer
toda la combinación dará un valor
positivo independientemente también del
valor de t delta de g será mayor que 0
independientemente de temperatura así
que en este tipo de casos vamos a tener
reacciones que termodinámicamente no van
a ser posibles y aquí en el último caso
tenemos que la variación de entropía es
positiva por lo tanto este factor es
positivo y la variación de entropía es
positiva también así que en total este
factor es negativo entonces para que la
variación de energía libre de gips sea
negativa se tiene que dar que el valor
absoluto de esto sea mayor que esto o
sea que el valor absoluto de temperatura
por la variación de entropía ha de ser
mayor que el valor de absoluto de la
variación de entalpía y de nuevo si
despejamos la temperatura no sucederá lo
siguiente en este caso la temperatura ha
de ser mayor que delta de h / la
variación de entropía de entropía perdón
o sea que en este último caso de
entalpía es positiva si entropía
van a ser posibles tan solo si las
temperaturas son elevadas ya que si son
elevadas vamos a favorecer que esto sea
cierto y por lo tanto que la variación
de la energía libre de gips sea negativa
entonces a la hora de hacer vuestros
ejercicios tenéis varias opciones
podéis memorizar os esta tabla que es la
opción que yo no recomiendo y tenéis la
opción de aprender esta fórmula saber
que tiene que ser negativa y a partir de
ahí simplemente hacer esta deducción tan
simple que acabamos de hacer en pizarra
para que entendáis un poquito más lo que
os quiero decir imaginaos que os
preguntan el siguiente ejercicio tenemos
una reacción que es exotérmica cuya
variación de entropía es positiva
determina en qué temperaturas va a estar
favorecida
bueno pues simplemente tenemos que
apuntar un par de datos en la pizarra si
nos dice que es exotérmica la variación
de entropía es negativa y nos dice que
la variación de entropía es positiva
entonces aquí es donde os digo tenéis la
opción de aprender os la tabla que ya o
simplemente poner aquí la ecuación de
gips que es aprenderse una ecuación nada
más
y aplicar este criterio que acabamos de
ver delta de h es negativa por lo tanto
este factor de aquí es negativo y delta
de s es mayor que 0 por lo tanto este
factor de aquí será negativo entonces si
combinamos todo esto vamos a tener que
delta de g va a ser menor que cero
independientemente de la temperatura por
lo tanto la respuesta a este ejercicio
sería que esa reacción estará favorecida
a cualquier temperatura y os habéis
evitado aprenderlos una tabla más y esto
es todo en cuanto a la energía libre de
gipsy su criterio de espontaneidad yo
espero que haya quedado claro el
concepto si tenéis cualquier duda por
favor ponérmelo en los comentarios se
preguntan a través de twitter estar
encantado de contestarlos y bueno si os
apetece que hagamos ejercicios de este
tema
podéis ponérmelo también en los
comentarios ya iremos barajando la
posibilidad así que nada espero que os
haya sido útil este vídeo nos vemos en
el próximo ya disfrutar de la ciencia en
su máximo esplendor
después
[Música]
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