Ejemplo de energía libre de Gibbs
Summary
TLDREl guion trata sobre la espontaneidad de una reacción química entre metano y oxígeno, produciendo CO2 y agua. Se explica cómo calcular el cambio en la energía libre de Gibbs (ΔG) usando el cambio en entalpía (ΔH) y la entropía (ΔS). Se menciona que una reacción es espontánea si ΔG es menor que cero. El cálculo muestra que la reacción es exotérmica y disminuye la entropía, pero la liberación de energía es suficiente para que sea espontánea a 25°C.
Takeaways
- 🔍 La reacción es espontánea cuando el cambio en la energía libre de Gibbs (ΔG) es menor que cero.
- 📐 ΔG se calcula como el cambio en entalpía (ΔH) menos la temperatura (T) multiplicada por el cambio en entropía (ΔS).
- 🔥 La reacción descrita es exotérmica, lo que significa que libera energía al formar productos.
- 🌡️ Se utilizan valores estándar de entropía molar para calcular ΔS a 298 K (25°C), que es una temperatura ambiente típica.
- 💧 El cambio en entropía (ΔS) es negativo, lo que indica que la reacción se vuelve más ordenada al pasar de reactivos a productos.
- 📉 La entropía de los productos (agua y CO2) es menor que la de los reactivos (metano y oxígeno), lo que contribuye a un ΔS negativo.
- ⚖️ El cálculo de ΔH se basa en los valores de calor de formación de los productos y reactivos, multiplicados por sus coeficientes respectivamente.
- 🔢 La conversión de unidades es crucial; por ejemplo, ΔS se calcula en joules pero se convierte a kilojoules para la comparación con ΔH.
- 🌍 Los valores de ΔH y ΔS para los reactivos y productos se pueden encontrar en línea y son esenciales para determinar si una reacción es espontánea.
- 🌡️ A temperaturas más altas, el término de entropía en la ecuación de Gibbs puede ser significativo y cambiar la espontaneidad de la reacción.
Q & A
¿Cuál es la reacción química mencionada en el guion?
-La reacción química mencionada es la combustión del metano, donde un mol de metano reacciona con dos moles de oxígeno para producir CO2 y agua.
¿Cómo se determina si una reacción es espontánea?
-Para determinar si una reacción es espontánea, se calcula el cambio en la energía libre de Gibbs (ΔG), que se encuentra igual al cambio en la entalpía (ΔH) menos la temperatura multiplicada por el cambio en la entropía (ΔS). Si ΔG es menor que cero, la reacción es espontánea.
¿Cuál es el significado de que una reacción sea exotérmica?
-Una reacción exotérmica es aquella en la que se libera energía al ambiente, como ocurre en la combustión del metano donde se libera energía en forma de calor.
¿Cómo se calcula el cambio en la entalpía (ΔH) para la reacción mencionada?
-El cambio en la entalpía (ΔH) se calcula restando el calor de formación de los reactivos del calor de formación de los productos, multiplicando por sus respectivos coeficientes.
¿Qué es la entropía y cómo se relaciona con la espontaneidad de una reacción?
-La entropía es una medida del grado de desorden de un sistema. Un cambio en la entropía (ΔS) positivo indica un aumento en el desorden, y es un factor que puede contribuir a la espontaneidad de una reacción.
¿Cómo se calcula el cambio en la entropía (ΔS) para la reacción del metano?
-El cambio en la entropía (ΔS) se calcula sumando las entropies estándar molar de los productos multiplicados por sus coeficientes y restando las entropies estándar molar de los reactivos.
¿Por qué la entropía de los productos es menor que la de los reactivos en la reacción del metano?
-La entropía de los productos es menor porque la reacción lleva de un estado de gas a un estado más ordenado, con el agua en estado líquido y el CO2 en estado gasoso, lo que reduce la cantidad de estados disponibles y, por lo tanto, la entropía.
¿Cuál es la importancia de la temperatura en la determinación de la espontaneidad de una reacción?
-La temperatura es crucial ya que influye en el término de la entropía en la ecuación de Gibbs. A temperaturas más altas, el término de la entropía puede ser significativo y afectar la energía libre de Gibbs, pudiendo invertir la espontaneidad de la reacción.
¿Qué pasa con la espontaneidad de la reacción si la temperatura aumenta significativamente?
-Si la temperatura aumenta significativamente, el término de la entropía en la ecuación de Gibbs puede ser suficientemente grande para hacer que ΔG sea positivo, lo que haría que la reacción no sea espontánea.
¿Cómo se interpreta un valor negativo de ΔG para la reacción del metano?
-Un valor negativo de ΔG indica que la reacción es espontánea bajo las condiciones consideradas, lo que significa que la reacción tiende a ocurrir sin necesidad de input adicional de energía.
Outlines
🔍 Análisis de la reacción química de metano y oxígeno
El vídeo comienza explicando una reacción química en la que un mol de metano reacciona con dos moles de oxígeno para producir CO2 y agua. Se discute cómo determinar si la reacción es espontánea mediante el cambio en la energía libre de Gibbs (ΔG), que se calcula como el cambio en entalpía (ΔH) menos la temperatura multiplicada por el cambio en entropía (ΔS). El vídeo detalla cómo calcular ΔH utilizando los valores de calor de formación de los productos y reactivos. Además, se menciona la necesidad de encontrar valores de entropía estándar molar para calcular ΔS, y se hace una estimación de que la entropía de los productos es menor que la de los reactivos, sugiriendo que la reacción podría ser espontánea.
📐 Cálculo de la energía libre de Gibbs y conclusión sobre espontaneidad
El segundo párrafo profundiza en el cálculo de ΔS, el cambio en entropía, y cómo este valor junto con ΔH determina si una reacción es espontánea. Se calcula ΔS como la diferencia entre la entropía de los productos y reactivos, obteniendo un valor negativo que indica una pérdida de entropía. A pesar de esto, se argumenta que la reacción es espontánea debido a que el término de entalpía (ΔH) es lo suficientemente negativo como para superar la pérdida de entropía. Se enfatiza que incluso a temperatura ambiente, la reacción es espontánea porque la liberación de energía es mayor que la pérdida de entropía. Además, se discute cómo la temperatura puede afectar la espontaneidad de una reacción, sugiriendo que a temperaturas muy altas, la reacción podría no ser espontánea debido a la mayor importancia del término de entropía.
Mindmap
Keywords
💡Reacción espontánea
💡Energía libre de Gibbs (ΔG)
💡Entalpía (ΔH)
💡Entropía (ΔS)
💡Mol
💡Calor de formación
💡Oxígeno gaseoso
💡Dióxido de carbono (CO2)
💡Agua
💡Estándar molar
Highlights
Reacción de metano con oxígeno para producir CO2 y agua.
Determinación de si una reacción es espontánea mediante el cambio en la energía libre de Gibbs (ΔG).
La relación entre ΔG, cambio en entalpía (ΔH), temperatura y cambio en entropía (ΔS).
Cálculo del cambio en entalpía (ΔH) como la diferencia entre los calorías de formación de productos y reactivos.
La entalpía de formación del O2 es cero.
La reacción es exotérmica, lo que indica la liberación de energía.
Determinación del cambio en entropía (ΔS) mediante la entropía estándar molar de los productos y reactivos.
La entropía estándar del metano a 298 K es 186 J/K·mol.
La entropía de los productos (agua y CO2) menos la de los reactivos (metano y oxígeno) da el cambio total en entropía.
La entropía de los productos es menor que la de los reactivos, indicando una pérdida de entropía.
La pérdida de entropía se debe a la formación de agua líquida, que tiene menos estados posibles.
Cálculo de la energía libre de Gibbs (ΔG) a 298 K usando ΔH y ΔS.
La conversión de unidades de J a kJ para la consistencia en los cálculos.
El cambio en la entalpía es mucho más negativo que el cambio en la entropía, lo que hace que ΔG sea negativo.
La reacción es espontánea debido a la gran liberación de energía, incluso con pérdida de entropía.
La energía libre de Gibbs es negativa, lo que confirma que la reacción es espontánea.
La importancia de los datos de entalpía y entropía estándar para la determinación de la espontaneidad.
La posibilidad de que una reacción no sea espontánea a altas temperaturas debido a la termodinámica de alta temperatura.
La relevancia de la temperatura ambiente en la espontaneidad de las reacciones exotérmicas.
Transcripts
tengo esta reacción aquí donde tengo un
mol de metano y lo hago reaccionar con
dos de oxígeno gaseoso y eso me produce
CO2 y agua verdad y lo que quiero
responder en este video es cuando esta
reacción es espontánea y aprendimos en
el último video que para responder esto
tenemos que volvernos hacia la energía
libre de gips ver el cambio en la
energía libre de gips okay Y esto es
igual al cambio en la
entalpía menos menos la temperatura a la
cual está ocurriendo por el cambio en la
entropía Y si esto es menor que cero
Entonces es una reacción espontánea okay
Así que les di un poquito de de dónde
iniciar he calculado el cambio en la
entalpía para esta reacción que está
justo aquí y sabemos cómo hacer esto
hemos hecho esto algunos videos atrás
simplemente tomamos el calor de
formación de cada uno de los productos y
le por ejemplo para el agua lo
multiplicamos por dos porque tiene do
moles hace as que tenemos este calor de
formación y le restamos el calor de
formación de los reactivos Y por
supuesto el calor de formación del o2 es
cero Así que ni siquiera pinta por
ejemplo entonces obtenemos que es men
890.3 kj Eso nos dice que es una
reacción exotérmica que el lado derecho
en el lado derecho se libera energía Así
que alguna energía debió haber salido
podríamos ponerlo incluso aquí más e de
energía va a ser liberado así que por
eso es exot ahora nuestra pregunta es es
espontánea así que para figurar esto
vamos a ver quién es delta s Delta s el
cambio en la entropía y para determinar
Delta s ya he mirado en en la web la la
entropía estándar molar Okay Déjenme
escribirlo aquí con otro
color Okay este simplemente la notación
no no lleva Delta simplemente es la s
djen aquí okay le ponemos un simbolito
cero más o menos la entropía molar
estándar Así que a temperatura estándar
eso es 298 gr Kelvin no no tiene uno que
decir grados verdad solo 298 Kelvin Okay
a esta temperatura que es esencialmente
25 gr celus que es de una no sé de
cualquier habitación Así que este
entropi estándar del metano Okay a una
temperatura de un cuar es igual a este
número 186 joules por Kelvin por mol
sobre Kelvin por mol más bien Así que si
tengo un mol de metano tengo 186 joules
por o bueno sobre Kelvin por por mol Y
si tengo 3 moles por ejemplo debería
multiplicar eso por tres Así que el
cambio total en la entropía de esta
reacción es el total de eh el total de
las entropías estándar del producto
menos los de los reactivos justo como lo
hicimos con la entalpia Así que eso va a
ser igual a
213.6 Okay más tengo 2 moles de agua Así
que tengo que multiplicar por 2s es 2
por eso es prácticamente 70 verdad Así
que vamos a dejarlo así más 2 2 por 70 y
luego le resto el de los reactivos que
es le resto es la entropía de los
reactivos así que vamos a restarle la
entropía de un mol de metano que es
186 Y también vamos a quitar dos veces
la entropía del oxígeno que es
205 Así que simplemente ya tenemos estos
números ahí medio echándole un ojo el
lado derecho va a ser mucho más grande
que el lado izquierdo y por lo tanto
intuyo que va a ser negativo porque por
ejemplo el por ejemplo la entropía del
agua es mucho menor que el del oxígeno
así que debido a esto no sé quizás es
porque eh el el líquido no tiene tantas
posibilidades de tener ciertos ciertos
estados Así que tiene una entropía mucho
menor Así que más o menos a primer ojo
puedo ver que el la entropía de los
productos es va a ser mucho menor que el
de los reactivos pero vamos a confirmar
eso así que tenemos
213
2003
213.6 más Okay es 2 por 70 que es 140
Así que vamos a sumarle 140 Y eso es
353.62 pun 6 y de esto vamos a
restarle vamos a restarle
186
+ 2 * 205 que
es 2 * 205 nos da en total
596 Y eso Por supuesto vamos a ver -
596 y le agregamos
353 pun 6 tenemos -
22.4 Así que esto es igual a 2
42.4 joules sobre Kelvin Y esto es
nuestra Delta s y aquí me faltó ponerle
el menos así que perdemos toda esa
entropía y estas unidades pueden no
tener mucho sentido ahorita en este
momento Pero bueno esencialmente Nos
está diciendo que esto se está volviendo
más ordenado tenemos tres moléculas
separadas digamos uno aquí y dos de
oxígeno y después tenemos tres moléculas
de nuevo pero el agua ahora es líquida
Así que eso hace sentido para mí de que
pierda entropía hay menos estados para
el líquido especialmente que puede tener
Así que vamos a ver si esta reacción es
espontánea y ahora nuestra Delta G Delta
G es igual a Delta H que ya vi Dios que
es
890.3 -
890 menos la temperatura pero estamos
suponiendo que estamos a temperatura del
cuarto que es 298 Kelvin Okay 298 Kelvin
o grados Kelvin que son 25 gr celus por
el cambio en la
entropía Okay ahora Esto va a ser -
22.4 pero si somos muy Muy cuidadosos
esto aquí está en kilojoules y esto aquí
está en joules Así que si queremos
escribir todo esto en kj debido a que
hay que hay que hacer la conversión Así
que esto es pun
242
kj kj por sobre Kelvin Okay Déjenme
quitar ese punto4 y dejarle el
kilojoules Así que nuestra energía libre
de gibs de aquí va a ser 890
jou men
298 en realidad tenemos más verdad y
este este término de la derecha va a ser
298 por una fracción esencialmente es
menos que 298 y con el 890 se ve a
primera vista que esto en total va a ser
negativo porque 890 le va a ganar por
mucho al otro término Pero bueno vamos a
ver vamos a ver qué es lo que nos da
realmente así que tenemos 1 2 3 Okay Ese
es nuestro cambio en la entropía verdad
por
298 es
-72 eso es menos esto en realidad se
convierte en
72.2 Así que este es el término de la
entropía a temperatura estándar y eso y
esto de la izquierda es la entalpía el
cambio en la entalpía así que ya podemos
ver que el cambio en la entalpía es
mucho más más negativo digamos o más
grande que el cambio en la entropa y por
lo tanto Este término va a ganar Incluso
si perdemos entropa en esta reacción
esto libera tanta energía que va a ser
espontánea y esto es definitivamente
menor que cer0 así que va a ser
espontánea una reacción espontánea Así
que como puedes ver la energía libre de
gips no fue tan difícil de de calcular
solo hay que encontrar estos valores y
que pueden estar dados por datos que se
encuentran en internet verdad por
ejemplo El delta H ya sabemos cómo
hacerlo es el calor de formación de los
productos menos el de los reactivos
multiplicando por sus respectivos
coeficientes y después hay que encontrar
el cambio en la entropía y hacemos
Exactamente lo mismo con la entropía
molar estándar de los productos
multiplicado por sus coeficientes y le
restamos el de los reactivos okay Y esa
resta nos va a dar esencialmente la
energía libre de gibs que en este caso
fue negativa ahora puedes imaginar una
situación donde estás a mucho mayor
temperatura digamos la superficie del
sol o algo así okay en vez de 298 A lo
mejor podrías estar a 2000 gr Kelvin o
4000 entonces todas estas cosas pueden
volverse interesantes si puedes
imaginarte Pues no sé tener 40,000 gr
Kelvin de temperatura entonces toda Este
término de entropía eh va a importar
mucho más así que este término va a ser
positivo y quizás le gane al del cambio
de la entalpía verdad y ya no sea
espontánea otra forma de pensarlo es que
una reacción que genera calor Okay que
que que libera calor el calor liberado
no importa mucho cuando estás a una
temperatura ambiente debido a la energía
cinética si la temperatura era
suficientemente alta entonces puede no
ser espontánea okay Pero de cualquier
forma solo quiero solo quería hacer
estos cálculos para mostrarles que no
hay nada abstracto todo lo encontramos
en internet y podemos decir si algo es
espontáneo
Посмотреть больше похожих видео
Energía libre de Gibbs y reacciones espontáneas | Biología | Khan Academy en Español
Reacciones endergónicas, exergónicas, exotérmicas y endotérmicas | Khan Academy en Español
ENERGIA LIBRE DE GIBBS, ESPONTANEIDAD | Termodinámica
Energía Libre de Gibbs y Constante de Equilibrio (Keq)
Equilibrio Quimico: Van´t Hoff Ejercicio 1
ENERGÍA LIBRE DE GIBBS Y EQUILIBRIO | Química-Física
5.0 / 5 (0 votes)