Energia livre de Gibbs – quando uma reação se torna espontânea
QuímicaTermoquímica e termodinâmicaIdades 15–16
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O sinal de ΔG = ΔH − TΔS decide se uma reação é espontânea. Arraste a temperatura para ver onde a reta ΔG(T) cruza o zero na calcinação do calcário, na síntese de NH₃, na dissolução de NH₄NO₃ e em outras, o que explica por que os fornos de cal operam acima de 800 °C. Outras telas contam microestados (S = k ln W), calculam ΔS° a partir de entropias padrão e ligam ΔG° = −RT ln K à mistura em equilíbrio.
Aula: Termodinâmica química
O que mostra
A temperatura e pressão constantes, uma reação é espontânea conforme o sinal de ΔG = ΔH − TΔS, e a temperatura decide se vence o termo de entalpia ou o de entropia. A tela Microestados constrói a entropia a partir de S = k ln W para um gás que se expande, uma mudança de estado e dois gases que se misturam. A tela ΔS° a partir de dados usa entropias padrão e entalpias de formação para obter ΔS°, ΔH°, ΔG° e a temperatura em que a reação se torna espontânea. A tela ΔG° e K liga ΔG° = −RT ln K a Q e à mistura em equilíbrio; diamante → grafite mostra uma mudança favorável lenta demais para ser observada.
Como usar
Na primeira tela, escolha uma Reação e arraste o controle Temperatura ou o ponto do gráfico; as barras comparam ΔH com −TΔS. Troque de vista em Tela. Em Microestados, clique em Prever ΔS > 0 ou Prever ΔS < 0 e depois em Remover a parede, ou mude o estado. Em ΔS° a partir de dados, marque Os alunos calculam (ocultar resposta). Em ΔG° e K, ajuste ΔG° e a Fração de B e clique em Deixar reagir.
Parâmetros que você pode mudar
- Reação CaCO₃ → CaO + CO₂ (calcinação do calcário), N₂ + 3H₂ → 2NH₃, NH₄NO₃(s) → NH₄⁺ + NO₃⁻ (dissolução), 2H₂ + O₂ → 2H₂O(l), C(diamante) → C(grafite)
- Temperatura 200–1600 K
- Tela ΔG = ΔH − TΔS, Microestados (S = k ln W), ΔS° a partir de dados, ΔG° e K
- Microestados: mudança Um gás se expande no vácuo, Mudança de estado, Dois gases se misturam
- Microestados: número de partículas N 2–24
- ΔS° a partir de dados: reação CaCO₃ → CaO + CO₂, N₂ + 3H₂ → 2NH₃, 2H₂ + O₂ → 2H₂O(l), C(diamante) → C(grafite), H₂O(l) → H₂O(g) (ebulição), 2Mg + O₂ → 2MgO, CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O(l), N₂O₄ → 2NO₂, 2SO₂ + O₂ → 2SO₃, NaCl(s) → Na⁺(aq) + Cl⁻(aq) (dissolução)
- Os alunos calculam (ocultar resposta)
- ΔG° (A ⇌ B) -40–40 kJ/mol
- Fração inicial de B 0,01–0,99
Perguntas para explorar
- Como a dissolução do NH₄NO₃ pode ser espontânea à temperatura ambiente se ela é endotérmica?
- Qual é o sinal de ΔS em N₂ + 3H₂ → 2NH₃, e por que a reação é favorecida em baixa temperatura?
- Acima de qual temperatura aproximada a decomposição do CaCO₃ se torna espontânea?
