Energia Livre de Gibbs, GEnergia Livre de Gibbs, G

Multiplicar tudo por -TMultiplicar tudo por -T

-T∆S-T∆Sunivuniv = ∆H = ∆Hsistemasistema - T∆S - T∆Ssistemasistema

-T∆S-T∆Sunivuniv = variação da energia livre de = variação da energia livre de

Gibbs para o sistema = ∆GGibbs para o sistema = ∆Gsistemasistema

Sob Sob condições padrãocondições padrão — —

∆∆GGoosistemasistema = ∆H = ∆Hoo

sistemasistema - T∆S - T∆Soosistemasistema

∆∆SSunivuniv = ∆S = ∆Svizviz + ∆S + ∆Ssistemasistema

sistemasistema

univ. ST

HS

∆∆GGoo = ∆H = ∆Hoo - T∆S - T∆Soo

Variação da Variação da energia livre de Gibbsenergia livre de Gibbs = variação total = variação total de energia do sistema – energia perdida no de energia do sistema – energia perdida no desordenamento do sistemadesordenamento do sistema

Se a reação é :Se a reação é :

•• exotérmica (∆Hexotérmica (∆Ho o negativo)negativo) (energia é dispersada)(energia é dispersada)

•• e a entropia aumenta (∆Se a entropia aumenta (∆So o positivo)positivo) (matéria é dispersada)(matéria é dispersada)

•• entãoentão ∆G∆Goo tem que sertem que ser NEGATIVONEGATIVO

• a reação é espontânea e produto-favorecida

∆∆GGoo = ∆H = ∆Hoo - T∆S - T∆Soo

Variação da Variação da energia livre de Gibbsenergia livre de Gibbs = variação total = variação total de energia do sistema – energia perdida no de energia do sistema – energia perdida no desordenamento do sistemadesordenamento do sistema

Se a reação é :Se a reação é : • endotérmica (∆Hendotérmica (∆Ho o positivo)positivo)• e a entropia diminui (∆Se a entropia diminui (∆So o negativo)negativo)

• entãoentão ∆G∆Goo tem que sertem que ser POSITIVOPOSITIVO • a reação não é espontânea (e é reagente-favorecida)

Energia Livre de Gibbs, GEnergia Livre de Gibbs, G

∆∆HHoo ∆∆SSoo ∆∆GGoo ReaçãoReação

Exo (-) Aumenta (+) - Produto-favorecida

Endo (+) Diminui (-) + Reagente-favorecida

Exo (-) Diminui (-) ? Dependente de T

Endo (+) Aumenta (+) ? Dependente de T

∆∆GGoo = ∆H = ∆Hoo - T∆S - T∆Soo

Energia Livre de Gibbs, GEnergia Livre de Gibbs, G

∆∆GGoo = ∆H = ∆Hoo - T∆S - T∆Soo

Há dois métodos de se calcular ∆GHá dois métodos de se calcular ∆Goo

a)a)Determinar ∆HDeterminar ∆Hooreaçãoreação e ∆S e ∆Soo

reaçãoreação e usar a equação de e usar a equação de

Gibbs.Gibbs.

b)b)Usar valores tabelados de Usar valores tabelados de energia livre de energia livre de

formação, ∆Gformação, ∆Gffoo..

∆∆GGooreaçãoreação = = ∆G ∆Gff

oo (produtos) - (produtos) - ∆G ∆Gffoo (reagentes) (reagentes)∆∆GGoo

reaçãoreação = = ∆G ∆Gffoo (produtos) - (produtos) - ∆G ∆Gff

oo (reagentes) (reagentes)

Energia Livre de Energia Livre de FormaçãoFormação

Note que ∆G˚Note que ∆G˚ff para substância simples = 0 para substância simples = 0

Cálculo de ∆GCálculo de ∆Gooreaçãoreação

Combustão do acetilenoCombustão do acetileno

CC22HH22(g) + 5/2 O(g) + 5/2 O22(g) --> 2 CO(g) --> 2 CO22(g) + H(g) + H22O(g)O(g)

Use entalpias de formação para calcularUse entalpias de formação para calcular

∆∆HHooreaçãoreação = -1238 kJ = -1238 kJ

Use entalpias molares padrão para calcular Use entalpias molares padrão para calcular

∆∆SSooreaçãoreação = -97,4 J/K ou -0,0974 kJ/K = -97,4 J/K ou -0,0974 kJ/K

∆∆GGooreaçãoreação = -1238 kJ - (298 K)(-0,0974 J/K) = -1209 kJ = -1238 kJ - (298 K)(-0,0974 J/K) = -1209 kJ

A reação é A reação é produto-favorecidaproduto-favorecida apesar do ∆S apesar do ∆Sooreação reação

negativo.negativo.

A reação é A reação é “movida a entalpia”“movida a entalpia”

Cálculo de ∆GCálculo de ∆Gooreaçãoreação

A dissolução do nitrato de amônio é produto-A dissolução do nitrato de amônio é produto-favorecida? favorecida?

Caso seja, ela é movida a entalpia ou a entropia?Caso seja, ela é movida a entalpia ou a entropia?

NHNH44NONO33(s) + calor ---> NH(s) + calor ---> NH44NONO33(aq)(aq)

Cálculo de ∆GCálculo de ∆Gooreaçãoreação

Nas tabelas de dados termodinâmicos, encontramos queNas tabelas de dados termodinâmicos, encontramos que

∆∆HHooreaçãoreação = +25,7 kJ = +25,7 kJ

∆∆SSooreaçãoreação = +108,7 J/K ou +0,1087 kJ/K = +108,7 J/K ou +0,1087 kJ/K

∆∆GGooreaçãoreação = +25,7 kJ - (298 K)(+0,1087 J/K) = +25,7 kJ - (298 K)(+0,1087 J/K)

= -6,7 kJ= -6,7 kJ

A reação é A reação é produto-favorecidaproduto-favorecida apesar do ∆H apesar do ∆Hooreação reação

negativo. negativo.

A reação é A reação é “movida a entropia”“movida a entropia”

NHNH44NONO33(s) + calor ---> NH(s) + calor ---> NH44NONO33(aq)(aq)

Energia Livre de Gibbs, GEnergia Livre de Gibbs, G

∆∆GGoo = ∆H = ∆Hoo - T∆S - T∆Soo

Há dois métodos de se calcular ∆GHá dois métodos de se calcular ∆Goo

a)a)Determinar ∆HDeterminar ∆Hooreaçãoreação e ∆S e ∆Soo

reaçãoreação e usar a equação de e usar a equação de

Gibbs.Gibbs.

b)b)Usar valores tabelados de Usar valores tabelados de energia livre de energia livre de

formação, ∆Gformação, ∆Gffoo..

∆∆GGooreaçãoreação = = ∆G ∆Gff

oo (produtos) - (produtos) - ∆G ∆Gffoo (reagentes) (reagentes)∆∆GGoo

reaçãoreação = = ∆G ∆Gffoo (produtos) - (produtos) - ∆G ∆Gff

oo (reagentes) (reagentes)

Cálculo de ∆GCálculo de ∆Gooreaçãoreação

Combustão do carbonoCombustão do carbono

C(grafite) + OC(grafite) + O22(g) --> CO(g) --> CO22(g) (g)

∆∆GGooreaçãoreação = ∆G = ∆Gff

oo(CO(CO22) - [∆G) - [∆Gffoo(graf.) + ∆G(graf.) + ∆Gff

oo(O(O22)])]

∆∆GGooreaçãoreação = -394,4 kJ - [ 0 + 0] = -394,4 kJ - [ 0 + 0]

Note que a energia livre de formação de uma Note que a energia livre de formação de uma substância simples é 0.substância simples é 0.

∆∆GGooreaçãoreação = -394,4 kJ = -394,4 kJ

A reação é A reação é produto-favorecidaproduto-favorecida conforme o esperado conforme o esperado

∆∆GGooreaçãoreação = = ∆G ∆Gff

oo (produtos) - (produtos) - ∆G ∆Gffoo (reagentes) (reagentes)∆∆GGoo

reaçãoreação = = ∆G ∆Gffoo (produtos) - (produtos) - ∆G ∆Gff

oo (reagentes) (reagentes)

Energia Livre e TemperaturaEnergia Livre e Temperatura

2 Fe2O3(s) + 3 C(s) ---> 4 Fe(s) + 3 CO2(g)

∆Horeação = +467,9 kJ ∆So

reação = +560,3 J/K

∆Goreação = +300,8 kJ

A reação é reagente-favorecida a 298 K

A que temperatura o ∆Goreação muda de (+) para (-)?

Quando ∆Goreação = 0 = ∆Ho

reação - T∆Soreação

K 1,835kJ 0,5603

kJ 9,467

S

HT

reação

reação

Você quer mais?Você quer mais?Com certeza!Com certeza!

OU

VocêVocê viuviu oo tricolortricolor ontem?ontem?ComCom certeza!certeza!

FATO: ∆GFATO: ∆Gooreaçãoreação é a variação de energia livre é a variação de energia livre

quando reagentes puros são TOTALMENTE quando reagentes puros são TOTALMENTE

convertidos em produtos purosconvertidos em produtos puros..

FATO: Sistemas produto-favorecidos FATO: Sistemas produto-favorecidos

apresentam Kapresentam Keqeq>1.>1.

Portanto ambos, ∆G˚Portanto ambos, ∆G˚reaçãoreação e K e Keqeq estão estão

relacionados à espontaneidade da reação.relacionados à espontaneidade da reação.

Termodinâmica e KTermodinâmica e Keqeq

KKeqeq está relacionado à espontaneidade está relacionado à espontaneidade

da reação, e portanto a ∆Gda reação, e portanto a ∆Gooreaçãoreação..

Quanto maior o valor de K, mais Quanto maior o valor de K, mais negativo é o valor de ∆Gnegativo é o valor de ∆Goo

reaçãoreação

∆∆GGooreaçãoreação = - RT lnK = - RT lnK

onde R = 8,31 J/K•molonde R = 8,31 J/K•mol

Termodinâmica e KTermodinâmica e Keqeq

Calcule K para a reaçãoCalcule K para a reação

NN22OO44 --->2 NO --->2 NO22 ∆G∆Gooreaçãoreação = +4,8 kJ = +4,8 kJ

∆∆GGooreaçãoreação = +4800 J = - (8,31 J/K)(298 K) ln K = +4800 J = - (8,31 J/K)(298 K) ln K

∆∆GGooreaçãoreação = - RT lnK = - RT lnK

Termodinâmica e KTermodinâmica e Keqeq

K = 0,14K = 0,14Quando ∆GQuando ∆Goo

reaçãoreação > 0, então K < 1 > 0, então K < 1

94,1K) J/K)(298 (8,31

J 4800-lnK

∆∆G, ∆G˚, e KG, ∆G˚, e Keqeq

• ∆∆G é a variação de energia livre fora das G é a variação de energia livre fora das condições padrão. condições padrão.

• ∆∆G é relacionado a ∆G˚G é relacionado a ∆G˚• ∆∆G = ∆G˚ + RT ln Q G = ∆G˚ + RT ln Q

onde Q = quociente de reação onde Q = quociente de reação• Quando Q < K ou Q > K, a reação é Quando Q < K ou Q > K, a reação é

espontânea.espontânea.• Quando Q = K a reação está em equilíbrioQuando Q = K a reação está em equilíbrio• Quando ∆G = 0 a reação está em Quando ∆G = 0 a reação está em

equilíbrioequilíbrio• Portanto, ∆G˚ = - RT ln KPortanto, ∆G˚ = - RT ln K

∆∆G, ∆G˚, e KG, ∆G˚, e Keqeq

Figure 19.10Figure 19.10

• Reação produto-favorecida

• –∆Go e K > 1

• Neste caso,

• ∆Greação é < ∆Gorxn portanto

o estado com a presença tanto de reagentes quanto de produtos é MAIS ESTÁVEL do que a conversão completa.

∆∆G, ∆G˚, e KG, ∆G˚, e Keqeq

Reação produto-favorecida.Reação produto-favorecida.

2 NO2 NO22 ---> N ---> N22OO44

∆∆GGooreaçãoreação = – 4,8 kJ = – 4,8 kJ

Aqui ∆GAqui ∆Greação reação é é menormenor do que ∆G do que ∆Gooreaçãoreação, portanto o estado , portanto o estado

com reagente e produtos presentes é com reagente e produtos presentes é mais estávelmais estável do que a conversão completa. do que a conversão completa.

∆∆G, ∆G˚, e KG, ∆G˚, e Keqeq

Reação reagente-favorecida. Reação reagente-favorecida.

NN22OO44 --->2 NO --->2 NO22 ∆G∆Goorxnrxn = +4,8 kJ = +4,8 kJ

Aqui ∆GAqui ∆Gooreaçãoreação é é maiormaior do que ∆G do que ∆Grxnrxn , portanto o estado com , portanto o estado com

reagente e produtos presentes é reagente e produtos presentes é mais estávelmais estável do que a do que a conversão completa. conversão completa.

∆∆G, ∆G˚, e KG, ∆G˚, e Keqeq

KKeqeq está relacionado ao favorecimento da está relacionado ao favorecimento da

reação.reação.

Quando ∆GQuando ∆Gooreaçãoreação < 0, a reação se move < 0, a reação se move

energeticamente “ladeira abaixo”energeticamente “ladeira abaixo”

∆∆GGooreaçãoreação é a variação da energia livre quando é a variação da energia livre quando

os reagentes sãop convertidos TOTALMENTE os reagentes sãop convertidos TOTALMENTE

em produtosem produtos

Termodinâmica e KTermodinâmica e Keqeq