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Energia libre de formacion estandar



julio 18, 2022

Fórmula estándar de cambio de energía libre

Una explicación matemática sería útil, pero me interesa más entender esto conceptualmente y por qué estos compuestos que contienen nitrógeno exhiben estas propiedades. ¿Son estas propiedades más comunes entre otras sustancias a temperaturas y presiones extremadamente altas o bajas?

Los diferentes tipos de moléculas tienen naturalezas diferentes, porque contienen diferente número de átomos, lo que significa que hay diferente número de vibraciones moleculares, o contienen átomos de diferentes tipos, lo que significa que las vibraciones son de diferentes frecuencias entre sí. Por lo tanto, las moléculas de diferentes tipos tienen un conjunto único de niveles de energía (ignorando por simplicidad las vibraciones degeneradas).

Cuando se añade energía, el número de formas de rellenar los niveles de energía es claramente diferente entre los distintos tipos de moléculas, ya que la pila de niveles de energía difiere de una a otra. Los enlaces simples entre átomos pesados, por ejemplo, tienen frecuencias más bajas que los de los átomos más ligeros, por lo que se pueblan más niveles a la misma temperatura que en la molécula de átomos más pesados. En este caso, la entropía es mayor que la de una molécula con niveles muy espaciados.

Energía libre de Gibbs de formación de óxidos metálicos

Revisión de los estados estándarEl concepto de estados estándar es especialmente importante en el caso de la energía libre, así que tómate un momento para revisarlo. Para la mayoría de los fines prácticos, las siguientes definiciones de estados estándar son aceptables:Tenga en cuenta también que, en realidad, no existe una «temperatura estándar», pero como la mayoría de las tablas de termodinámica indican valores para 298,15 K (25° C), esta temperatura suele estar implícita. Estas mismas definiciones se aplican a las entalpías y energías internas estándar. No confunda estos estados termodinámicos estándar con la «temperatura y presión estándar» (STP) ampliamente empleada en los cálculos de la ley de los gases.Cálculo de la energía libre de GibbsPara hacer uso de las energías de Gibbs para predecir los cambios químicos, es necesario conocer las energías libres de los componentes individuales de la reacción. Para conseguirlo, hay que combinar la entalpía estándar y la entropía estándar de una sustancia para obtener la energía libre estándar de una reacción:

La energía libre estándar de Gibbs de formación de un compuesto es el cambio de energía libre de Gibbs que acompaña a la formación de 1 mol de esa sustancia a partir de sus elementos componentes, en sus estados estándar.

Calcular la energía libre de Gibbs a diferentes temperaturas

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La energía libre de Gibbs estándar de formación (Gf°) de un compuesto es el cambio de energía libre de Gibbs que acompaña a la formación de 1 mol de una sustancia en su estado estándar a partir de sus elementos constituyentes en sus estados estándar (la forma más estable del elemento a 1 bar de presión y la temperatura especificada, normalmente 298,15 K o 25 °C).

La siguiente tabla enumera la función de Gibbs estándar de formación para varios elementos y compuestos químicos y está tomada del Manual de Química de Lange. Nótese que todos los valores están en kJ/mol. Se pueden encontrar tablas mucho más extensas en el CRC Handbook of Chemistry and Physics y en las tablas JANAF del NIST[1] El NIST Chemistry WebBook (ver enlace más abajo) es un recurso en línea que contiene la entalpía de formación estándar para varios compuestos junto con la entropía absoluta estándar para estos compuestos a partir de la cual se puede calcular la energía libre de Gibbs estándar de formación.

Unidad de energía libre de Gibbs

Recordemos que, para las especies en sus estados estándar a temperatura y presión constantes, el cambio en la energía libre de Gibbs estándar (ΔG°) para la reacción química o el cambio físico puede calcularse utilizando el cambio de entalpía estándar (ΔH°), la temperatura (T en kelvin), y el cambio de entropía absoluta estándar (ΔS°) como se muestra en la ecuación siguiente:

Así, si queremos calcular la energía libre de Gibbs estándar de formación de una especie (ΔGƒ°), necesitaremos conocer la entalpía estándar de formación de la especie (ΔHƒ°), la temperatura (T en kelvin), y el cambio de entropía absoluto estándar para la formación de la especie (ΔSƒ°).

Obsérvese que la energía libre de Gibbs estándar de formación de un elemento en su estándar es cero (ΔGƒ° = 0) porque, a 298,15 K y presión atmosférica, el elemento en su estado estándar ya existe, no tiene que producirse ningún cambio.

Consideremos la formación de cloruro de amonio en su estado estándar (sólido), NH4Cl(s), a partir de sus elementos en sus estados estándar a temperatura y presión estándar, es decir, a partir de nitrógeno gaseoso (N2(g)), hidrógeno gaseoso (H2(g)) y cloro gaseoso (Cl2(g)), tal y como se muestra en la ecuación química balanceada siguiente:

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