Teoría Termoquímica
a) Las reacciones endotérmicas tienen lugar de forma espontánea a temperaturas elevadas. b) ¿Un proceso exotérmico y con aumento de orden será siempre espontáneo?
a) La espontaneidad de una reacción química viene determinada por la variación de la energía libre de Gibbs (ΔG), que viene dada por la expresión: ΔG = ΔH – TΔS. Si la reacción es endotérmica, el término entrópico TΔS debe ser mayor que ΔH, para que la reacción sea espontánea (ΔG < 0). Esto ocurre a temperaturas altas o bien a valores negativos de ΔS.
b) Si el proceso es exotérmico, entonces ΔH < 0, y si experimenta un aumento del orden, ΔS < 0. Si tenemos en cuenta la expresión de la variación de energía libre, ΔG = ΔH – TΔS, el término entálpico es negativo y el término entrópico es negativo, pero al tener el signo menos delante, determina que el término entrópico es positivo (TΔS > 0). Por lo tanto, el valor de ΔG < 0 solo se puede conseguir cuando |ΔH| > |TΔS|, es decir, a temperaturas bajas. Será siempre una reacción espontánea.
Reacción endotérmica no puede ser espontánea → F. Una reacción endotérmica es aquella en la que ΔH > 0, y si la variación de entropía es positiva, ΔS > 0, para altas temperaturas se cumple que el producto TΔS es superior a ΔH, y se cumple que ΔH – TΔS < 0, condición de espontaneidad.
Energía libre de Gibbs puede tener valor 0 → V. Cuando en una reacción se cumple que el valor absoluto de la entalpía sea igual al valor absoluto del producto de la temperatura por la variación de entropía, la energía libre de Gibbs vale 0, ΔG = 0, condición de equilibrio de una reacción química.
Efecto Invernadero
Es un fenómeno natural por el cual la Tierra experimenta un calentamiento debido a su atmósfera. Algunos gases permiten que la radiación solar pase a través de la atmósfera y calienten la superficie terrestre, evitando que la radiación que refleja la Tierra se escape al espacio. Esto hace que la atmósfera y también la Tierra se mantengan calientes, contribuyendo a la existencia de vida sobre nuestro planeta. El aumento desproporcionado de gases por la polución ha hecho que el efecto invernadero haya ido en aumento, lo que nos lleva al incremento constante de la temperatura de la Tierra.
Procesos Espontáneos y sus Términos Entálpicos y Entrópicos
a) ΔH > 0 y ΔS > 0
b) ΔH < 0 y ΔS < 0
c) ΔH < 0 y ΔS > 0
d) ΔH > 0 y ΔS < 0
De acuerdo con la ecuación de Gibbs, la relación entre estas funciones termodinámicas viene dada por la expresión: ΔG = ΔH – T x ΔS. Como sabemos, para que el proceso sea espontáneo tiene que cumplirse que ΔG < 0.
a) Se trata de un proceso endotérmico y con aumento de la entropía (los términos entálpico y entrópico son ambos positivos). Por tanto, el producto T x ΔS también será positivo, y el proceso será espontáneo siempre y cuando se cumpla que: |T x ΔS| > |ΔH|.
b) Se trata de un proceso exotérmico y con disminución de la entropía (los términos entálpico y entrópico son ambos negativos). Por tanto, el producto T x ΔS también será negativo, pero al estar restando, el proceso será espontáneo siempre y cuando se cumpla que: |T x ΔS| < |ΔH|.
c) Se trata de un proceso exotérmico con aumento de la entropía. En consecuencia, en la ecuación de Gibbs tendremos que siempre se cumplirá que ΔG < 0 y, en consecuencia, la reacción será siempre espontánea.
d) Tenemos un proceso endotérmico con disminución de la entropía. En consecuencia, en la ecuación de Gibbs tendremos que siempre se cumplirá que ΔG > 0, y en consecuencia la reacción nunca será espontánea.
Variación de la Espontaneidad con la Temperatura
a) ¿Cómo variará con la temperatura la espontaneidad de una reacción en la que ΔHo < 0 y ΔSo > 0, suponiendo que ambas magnitudes no varían con la temperatura?
a) El criterio de espontaneidad de una reacción viene dado por el valor de la energía libre de Gibbs, cuya relación con la entalpía y la entropía viene dada por la siguiente ecuación: ΔGo = ΔHo – TΔSo. Nos dicen que la reacción es exotérmica (ΔHo < 0) y que tiene lugar con un aumento de la entropía (ΔSo > 0). En consecuencia, en la ecuación anterior tenemos que el primer término es negativo, y mientras que el otro término, que viene dado por TΔSo, será positivo, pero como está restando, el resultado final dará siempre negativo, es decir, cualquiera que sea la temperatura, ΔGo < 0, es decir, la reacción será siempre espontánea.