Energia libera di Gibbs standard di reazione
L'Energia libera di Gibbs standard di reazione, indicata anche come Energia libera standard di reazione, è la variazione di energia libera che si ha in una reazione quando i reagenti nei loro stati standard sono totalmente trasformati nei prodotti anch'essi nei loro stati standard.[1]
- ΔGr° = G°prodotti - G°reagenti
DerivazioneModifica
Gli stati standard di riferimento sono:
- per gas: 1 bar di pressione parziale
- per liquidi e solidi puri: 1 bar di pressione esterna
- per soluzioni: concentrazione 1 mol/dm3
In genere si fa riferimento alla temperatura di 298 K,[2] anche se il ΔG° può essere calcolato a qualsiasi temperatura.
A temperatura e pressione costante, sempre riferendoci al sistema reazione, il calcolo può essere effettuato differenziando l’espressione di definizione dell'energia libera di Gibbs:
- dGreazione = dHreazione - d(TS)reazione
In termini finiti e a temperatura e pressione costante l'equazione di Gibbs-Helmholtz diventa:
- ΔGreazione = ΔHreazione - T ΔSreazione
A T posto a 298 K:
- ΔG°reazione = ΔH°reazione - T° ΔS°reazione
Questa espressione permette di predire la direzione di un processo chimico quando lo stesso si trova nelle condizioni standard. Questo concetto viene definito spontaneità termodinamica. A ΔG°reazione < 0 la reazione sarà esoergonica e quindi favorita.[3]
Se la temperatura non è quella standard di 298 K, l'ultima espressione non è valida e può essere usata solo per stimare i valori di ΔGsistema purché la temperatura non si discosti troppo dal valore cui si riferiscono il ΔHsistema e ΔSsistema.
Per determinare l'energia libera standard di una reazione si può fare ricorso alle tabelle di energia libera molari standard di formazione. Quest'ultima grandezza è definita (analogamente all'entalpia standard di formazione) come la differenza di energia libera della reazione di formazione di una mole di composto.[3]
Esempi di calcoloModifica
È possibile risalire all'energia libera di Gibbs standard di reazione a partire dalla energia libera di Gibbs standard di formazione. Infatti per una generica reazione chimica:
dove ri sono i numeri stechiometrici[4] e Ri le sostanze chimiche in esame, l'energia libera di Gibbs standard di reazione è:
Per esempio, dai dati riportati sopra, si possono ottenere i valori di ΔGr° delle seguenti reazioni, condotte a 298 K:
- CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)
- ΔGr° = (–394.36 + 2×(–237.13)) – (–50.72 + 2×0) = –817.9 kJ/mol
- CH4(g) + NH3(g) → HCN(g) + 3H2(g)
- ΔGr° = (124.7 + 3×0) – (–50.72 +(–16.45)) = +187.42 kJ/mol
- N2H4(g) + 2N2O(g) → 2H2O(l) + 3N2(g)
- ΔGr° = (2×(–237.13) + 3×0) – (149.43 + 2×(104.20)) = –832.09 kJ/mol
NoteModifica
- ^ appunti di termochimica (PPT), su di.univr.it.
- ^ L'energia libera potenziale chimico equilibrio (PPT), su uniroma2.it. URL consultato il 7 maggio 2017 (archiviato dall'url originale il 17 maggio 2017).
- ^ a b Note di termodinamica CHIMICA 4, su ww2.unime.it (archiviato dall'url originale il 5 maggio 2017).
- ^ i numeri stechiometrici sono i coefficienti stechiometrici della reazione a cui, per definizione, è aggiunto il segno positivo per i prodotti e negativo per i reagenti.