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.

ΔG_r° = G°_prodotti - G°_reagenti

Derivazione

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, 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:

dG_reazione = dH_reazione - d(TS)_reazione

In termini finiti e a temperatura e pressione costante l'equazione di Gibbs-Helmholtz diventa:

ΔG_reazione = ΔH_reazione - T ΔS_reazione

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.

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 ΔG_sistema purché la temperatura non si discosti troppo dal valore cui si riferiscono il ΔH_sistema e ΔS_sistema.

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.

Esempi di calcolo

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:

$0=\sum _{i}r_{i}R_{i}$

dove r_i sono i numeri stechiometrici e R_i le sostanze chimiche in esame, l'energia libera di Gibbs standard di reazione è:

$\Delta {G_{r}}^{o}=\sum _{i}r_{i}\Delta {G_{if}}^{o}$

Per esempio, dai dati riportati sopra, si possono ottenere i valori di ΔG_r° delle seguenti reazioni, condotte a 298 K:

• CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)

ΔG_r° = (–394.36 + 2×(–237.13)) – (–50.72 + 2×0) = –817.9 kJ/mol

• CH₄(g) + NH₃(g) → HCN(g) + 3H₂(g)

ΔG_r° = (124.7 + 3×0) – (–50.72 +(–16.45)) = +187.42 kJ/mol

• N₂H₄(g) + 2N₂O(g) → 2H₂O(l) + 3N₂(g)

ΔG_r° = (2×(–237.13) + 3×0) – (149.43 + 2×(104.20)) = –832.09 kJ/mol

Voci correlate

• Energia libera di Gibbs standard di formazione
• Entalpia standard di reazione
• Equazione di van 't Hoff (termochimica)
• Equazione di Gibbs-Helmholtz
• Energia libera di Gibbs