Entropía e Enerxía Libre de Gibbs: A Espontaneidade das Reaccións Químicas

Entropía de Reacción (ΔS)

Como nunha reacción química se obteñen unhas substancias a partir doutras, e a cada substancia lle corresponde un valor de entropía, esta variará durante a reacción. Ao ser a entropía unha función de estado, a súa variación nunha reacción, ΔS_r, non depende das etapas polas que transcorre o proceso. A temperatura constante, pódese calcular a partir das entropías absolutas dos produtos e dos reactivos.

Sendo n_p e n_r os números de moles (coeficientes estequiométricos) de produtos e reactivos, respectivamente. Se as condicións son estándar, a variación de entropía calcúlase como:

ΔS°_r = Σn_p · S°(produtos) - Σn_r · S°(reactivos)

Predición Cualitativa do Signo de ΔS

En ocasións, non nos interesa o valor numérico de ΔS, senón só se a entropía aumenta ou diminúe no proceso, é dicir, o seu signo. Nestes casos, debemos ter en conta o seguinte:

• Se o número de moles de gas aumenta, a entropía aumenta (ΔS > 0). Se o número de moles de gas diminúe, a entropía tamén diminúe (ΔS < 0).
• Se o número de moles de produtos é considerablemente maior que o de reactivos, e non interveñen gases, a entropía do sistema aumenta.
• Se a variación do número de moles de substancias non gasosas non é moi significativa e non interveñen gases, non se pode predicir cualitativamente se a entropía aumenta ou diminúe no proceso.

Enerxía Libre de Gibbs (ΔG) e Espontaneidade

Nunca será posible un proceso no que aumente a enerxía libre de Gibbs. Pola contra, ocorrerán espontaneamente aqueles procesos nos que esta diminúe. A medida que o sistema evoluciona, a enerxía libre de Gibbs vai diminuíndo e o sistema vai perdendo a capacidade para seguir cambiando, ata que ΔG se fai nula, é dicir, ata que se acada o equilibrio.

En resumo, ao avaliar a enerxía libre de Gibbs para un proceso, podemos predicir se será ou non espontáneo.

Criterio de Espontaneidade

• Se ΔG < 0, o proceso é espontáneo.
• Se ΔG > 0, o proceso non é espontáneo (será espontáneo no sentido contrario).
• Se ΔG = 0, o sistema está en equilibrio.

Relación entre ΔG, ΔH e ΔS

Observando os signos de ΔH (variación de entalpía) e ΔS e a ecuación que os relaciona, a ecuación de Gibbs, podemos determinar a espontaneidade:

ΔG = ΔH - T·ΔS

• Unha reacción que transcorra cunha diminución de entalpía e un aumento de entropía (ΔH < 0 e ΔS > 0) será sempre espontánea, ao ser ΔG < 0 a calquera temperatura.
• Pola contra, unha reacción cun aumento de entalpía e unha diminución de entropía (ΔH > 0 e ΔS < 0) nunca será espontánea, ao ser ΔG > 0 sempre.
• Ademais, pode ocorrer que os termos entálpico e entrópico estean enfrontados. Neste caso, a espontaneidade da reacción dependerá dos valores absolutos destas magnitudes e da temperatura (T).