Energía libre de Gibbs: cuándo una reacción se vuelve espontánea
QuímicaEnergética y termodinámicaEdades 15–16
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El signo de ΔG = ΔH − TΔS decide si una reacción es espontánea. Arrastra la temperatura para ver dónde la recta ΔG(T) corta el cero en la calcinación de la caliza, la síntesis de NH₃, la disolución de NH₄NO₃ y otras, lo que explica por qué los hornos de cal trabajan por encima de 800 °C. Otras pantallas cuentan microestados (S = k ln W), calculan ΔS° a partir de entropías estándar y relacionan ΔG° = −RT ln K con la mezcla en equilibrio.
Lección: Termodinámica química
Qué muestra
A temperatura y presión constantes, una reacción es espontánea según el signo de ΔG = ΔH − TΔS, y la temperatura decide si gana el término de entalpía o el de entropía. La pantalla Microestados construye la entropía a partir de S = k ln W para un gas que se expande, un cambio de estado y dos gases que se mezclan. La pantalla ΔS° a partir de datos usa entropías estándar y entalpías de formación para hallar ΔS°, ΔH°, ΔG° y la temperatura a la que la reacción se vuelve espontánea. La pantalla ΔG° y K relaciona ΔG° = −RT ln K con Q y la mezcla en equilibrio; diamante → grafito muestra un cambio favorable demasiado lento para observarlo.
Cómo usarla
En la primera pantalla elige una Reacción y arrastra el control Temperatura o el punto del gráfico; las barras comparan ΔH con −TΔS. Cambia de vista con Pantalla. En Microestados, pulsa Predecir ΔS > 0 o Predecir ΔS < 0 y luego Quitar la pared o cambia el estado. En ΔS° a partir de datos, marca Los alumnos calculan (ocultar respuesta). En ΔG° y K, ajusta ΔG° y la Fracción de B y pulsa Dejar reaccionar.
Parámetros que puedes cambiar
- Reacción CaCO₃ → CaO + CO₂ (calcinación de la caliza), N₂ + 3H₂ → 2NH₃, NH₄NO₃(s) → NH₄⁺ + NO₃⁻ (disolución), 2H₂ + O₂ → 2H₂O(l), C(diamante) → C(grafito)
- Temperatura 200–1600 K
- Pantalla ΔG = ΔH − TΔS, Microestados (S = k ln W), ΔS° a partir de datos, ΔG° y K
- Microestados: cambio Un gas se expande en el vacío, Cambio de estado, Dos gases se mezclan
- Microestados: número de partículas N 2–24
- ΔS° a partir de datos: reacción CaCO₃ → CaO + CO₂, N₂ + 3H₂ → 2NH₃, 2H₂ + O₂ → 2H₂O(l), C(diamante) → C(grafito), H₂O(l) → H₂O(g) (ebullición), 2Mg + O₂ → 2MgO, CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O(l), N₂O₄ → 2NO₂, 2SO₂ + O₂ → 2SO₃, NaCl(s) → Na⁺(aq) + Cl⁻(aq) (disolución)
- Los alumnos calculan (ocultar respuesta)
- ΔG° (A ⇌ B) -40–40 kJ/mol
- Fracción inicial de B 0,01–0,99
Preguntas para explorar
- ¿Cómo puede ser espontánea la disolución de NH₄NO₃ a temperatura ambiente si es endotérmica?
- ¿Qué signo tiene ΔS en N₂ + 3H₂ → 2NH₃ y por qué la reacción se ve favorecida a baja temperatura?
- ¿A partir de qué temperatura aproximada se vuelve espontánea la descomposición del CaCO₃?
