Energía Libre de Gibbs y Constante de Equilibrio (Keq)

Summary

En este video, José explica la relación entre la energía libre de Gibbs y la constante de equilibrio en reacciones químicas. Describe cómo la variación de energía libre (ΔG) determina si una reacción es espontánea, y cómo la gráfica de energía libre muestra la transición de reactivos a productos. Se discute el punto de equilibrio, donde ΔG es cero y la constante de equilibrio (K) se relaciona con la energía libre estándar a través de la ecuación ΔG = -RT ln(K). Se ilustra cómo K puede indicar si una reacción favorece la formación de productos o reactivos, y se presenta un ejemplo de cálculo de K a partir de ΔG estándar.

Takeaways

• 🔬 La energía libre (ΔG) es un indicador de si una reacción química es espontánea; si ΔG < 0, la reacción es espontánea.
• ⬇️ Durante una reacción espontánea, la energía libre disminuye, lo que se refleja en una pendiente negativa en la gráfica de energía libre.
• 📉 El punto de equilibrio se alcanza cuando la variación de energía libre (ΔG) es cero, y las concentraciones de reactivos y productos no varían más.
• 🔄 La constante de equilibrio (K) se relaciona con la energía libre estándar a través de la expresión: ΔG° = -RT ln(K).
• ⚖️ El cociente de reacción (Q) mide la relación entre las concentraciones de productos y reactivos en un momento dado, y es similar pero no igual a K.
• 🔄 En equilibrio, Q se convierte en K, y la variación de energía libre en ese punto es cero.
• 📊 Las gráficas de energía libre pueden mostrar que una reacción es espontánea en una dirección y no en la otra, dependiendo de la energía libre de los reactivos y productos.
• 🌡️ La temperatura también influye en la constante de equilibrio y la variación de energía libre, siendo estos factores clave en el cálculo de K.
• 🧮 El ejemplo práctico muestra cómo calcular K a partir de ΔG°, la constante de los gases (R), y la temperatura (T), utilizando la relación matemática mencionada.
• 📉 Una constante de equilibrio menor que uno indica que la reacción se desplaza hacia los reactivos, mientras que una mayor que uno sugiere una formación predominante de productos.

Q & A

¿Qué indica la variación de la energía libre (ΔG) en una reacción química?

La variación de la energía libre (ΔG) indica si una reacción es espontánea o no. Si ΔG es menor que cero, la reacción es espontánea; si es mayor que cero, la reacción no es espontánea.

¿Cómo se relaciona la energía libre con la dirección de una reacción química?

La energía libre de los reactivos y los productos determina la dirección de la reacción. Si la energía libre de los reactivos es mayor que la de los productos, la reacción es espontánea y favorece la formación de productos.

¿Qué significa un punto de mínimo en la curva de energía libre durante una reacción?

Un punto de mínimo en la curva de energía libre indica que la reacción ha alcanzado el equilibrio químico, donde la variación de energía libre (ΔG) es cero y la reacción es espontánea tanto en el sentido de los reactivos a productos como en el sentido inverso.

¿Cuál es la relación entre la constante de equilibrio (K) y la variación de energía libre estándar (ΔG°)?

La relación entre la constante de equilibrio (K) y la variación de energía libre estándar (ΔG°) se da por la expresión ΔG° = -RT ln(K), donde R es la constante de los gases y T es la temperatura en Kelvin.

¿Qué es el cociente de reacción (Q) y cómo se calcula?

El cociente de reacción (Q) es una medida de la relación entre las concentraciones de los productos y los reactivos en una reacción. Se calcula como el producto de las concentraciones de los productos elevadas a sus coeficientes estequiométricos dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos elevadas a sus coeficientes estequiométricos.

¿Cómo se determina si una reacción es espontánea o no a partir de la constante de equilibrio (K)?

Si la constante de equilibrio (K) es mayor que uno, la reacción se desplaza hacia la formación de productos. Si K es menor que uno, la reacción se desplaza hacia la formación de reactivos. Si K es igual a uno, los reactivos y productos son igualmente abundantes en el equilibrio.

¿Qué implica un valor positivo para el logaritmo natural de la constante de equilibrio (ln(K))?

Un valor positivo para ln(K) implica que la constante de equilibrio (K) es mayor que uno, lo que indica que la reacción es más espontánea en la formación de productos.

¿Cómo se relaciona la variación de energía libre estándar (ΔG°) con la temperatura en una reacción química?

La variación de energía libre estándar (ΔG°) se ve afectada por la temperatura, ya que la relación entre ambas se describe en la expresión ΔG° = ΔH° - TΔS°, donde ΔH° es la variación de enthalpy estándar y ΔS° es la variación de entropía estándar.

¿Cuál es la importancia de la constante de equilibrio (K) en la química?

La constante de equilibrio (K) es crucial en la química porque nos permite predecir la dirección en la que se desplazará una reacción química hasta alcanzar el equilibrio, así como la abundancia relativa de reactivos y productos en ese estado.

¿Cómo se calcula la constante de equilibrio (K) a partir de la variación de energía libre estándar (ΔG°) en una reacción química?

La constante de equilibrio (K) se calcula a partir de la variación de energía libre estándar (ΔG°) utilizando la fórmula K = e^(-ΔG°/RT), donde R es la constante de los gases y T es la temperatura en Kelvin.