Energia Livre de Gibbs

Físico-Química Professor: Daniel Padilha Setti

Energia Livre de Gibbs

• A determinação e o uso de ∆Suniv como espontaneidade.

• A variação total de entropia que acompanha uma reação química, efetuada lentamente e à temperatura e pressão constante, é dada por:

• Gibbs definiu a função energia livre de modo que - ∆Suniv fosse igual à variação da energia livre do sistema, ∆Gsist.

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• A energia livre de Gibbs, G, é uma função de estado

(depende apenas do estado inicial e do estado final).

• G é uma propriedade do sistema; ela não depende do

universo.

• ∆G é avaliada com base nas propriedades - ∆H, S e T.

• Como ∆G é igual a - T ∆Suniv , um valor negativo de ∆G

(∆G<0 correspondendo a T ∆Suniv>0) indica um processo

espontâneo (favorecido pelos produtos). Ao contrário,

um valor positivo de ∆G indica um processo não

espontâneo.

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• ∆G < 0: processo espontâneo

• ∆G > 0: processo não-espontâneo

• ∆G = 0: equilíbrio químico

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Espontaneidade de uma Reação ∆Hsistema ∆Ssistema Espontaneidade

- ; exotérmica + ; mais desorganizado Sim

- ; exotérmica - ; mais organizado Depende da T e dos valores de ∆H e ∆S do sistema, mas em geral os produtos são favorecidos em baixas temperaturas.

+ ; endotérmica + ; mais desorganizado Depende da T e dos valores de ∆H e ∆S do sistema, em geral os produtos são favorecidos em altas temperaturas.

+ ; endotérmica - ; mais organizado Não

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Cálculo de ∆Gor

• Calcule a variação de energia livre padrão na formação do metano, 250 C.

C(graf) + H2(g) CH4(g)

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C(graf) H2(g) CH4(g)

∆Hof (kJ/mol) 0 0 -74,8

Sof (J/Kmol) 5,7 130,7 186,3

Energia Livre de formação, de ∆Gof

• ∆Gof é a variação da energia livre de Gibbs

quando 1 mol de um composto é formado a partir dos respectivos elemento, com reagentes e produtos.

• A variação de energia livre de uma reação pode ser calculada pelos valores de ∆Go

f usando a equação:

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Usando ∆Gof para calcular ∆Go

r

• Para oxidação de amônia:

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NH3(g) + O2(g) NO(g) + H2O(g)

NH3(g) O2(g) NO(g) H2O(g)

∆Gof (kJ/mol) -16,45 0,0 86,55 -228,57

Termodinâmica e a Constante de Equílibrio

• A variação de energia livre de uma reação, ∆Go é

a elevação ou a diminuição da energia livre

quando os reagentes se convertem

completamente nos produtos.

– Quando os reagentes se misturam, o sistema fica mais

desordenado e a entropia do sistema se eleva.

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– Quando o sistema atinge o equilíbrio, é possível

que os produtos ou os reagente sejam

predominante.

– Raramente os reagentes se convertem

completamente em produtos. Neste caso a

variação de energia livre não é igual ∆Go .

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• A relação entre ∆Go e ∆G é:

• O quociente reacional, Q é:

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aA + bB cC + dD

Cálculos de equilíbrio

• A variação de energia livre padrão de Gibbis para a reação de dissociação do ácido acético:

CH3COOH + H2O = CH3COO- + H3O+

É de ∆Go = 27,1 kJ/mol a. [CH3COO-] = 1,0x10-3 M; [H3O+]= 0,5x10-3 M; [CH3COOH] = 1,0 M.

b. Calcule as concentrações de todas as espécies e o pH no equilíbrio quando se parte de uma solução 1,0 M em Ac. acético

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Efeito da Temperatura na Espontaneidade de Reações

∆H ∆S T∆S ∆G=∆H-T∆S Característica da reação

- + - Sempre negativo Espontânea a todas as temperaturas

+ - + Sempre positivo Não espontânea a todas as temperaturas

- - + Negativo a baixa T; positivo a altas T

Espontânea a baixa T; torna-se não espontânea a altas T

+ + - Positivo a baixas T; negativo a altas T

Não espontânea a baixas T; torna-se espontânea a altas T

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