Capítulo 18
Descargar como PPT, PDF0 recomendaciones3,753 vistas
Este documento trata sobre la entropía, la energía libre de Gibbs y el equilibrio químico. Explica que la entropía es una medida del desorden en un sistema y que los procesos espontáneos conducen a un aumento de la entropía total del universo. También introduce la energía libre de Gibbs y explica que los procesos espontáneos ocurren cuando ∆G es negativa. Por último, discute cómo la energía libre puede usarse para predecir la espontaneidad de las reacciones químicas y el equ
![Cambio de entropía en el sistema (∆Ssis)
Entropía estándar de reacción (∆S0 ) es el cambio de
rxn
entropía para una reacción realizada en 1 atm y 25°C.
aA + bB cC + dD
∆S0 =
rxn [ cS0(C) + dS0(D) ] - [ aS0(A) + bS0(B) ]
∆S0rxn = Σ nS0(productos) - Σ mS0(reactivos)
¿Cuál es el cambio de entropía estándar para la reacción
siguiente a 25°C? 2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g)
S0(CO) = 197.9 J/K•mol S0(CO2) = 213.6 J/K•mol
S0(O2) = 205.0 J/K•mol
∆S0 = 2 x S0(CO2) – [2 x S0(CO) + S0 (O2)]
rxn
∆S0 = 427.2 – [395.8 + 205.0] = -173.6 J/K•mol
rxn
18.4](https://image.slidesharecdn.com/captulo18-121102120028-phpapp02/85/Capitulo-18-11-320.jpg)
![La energía libre estándar de reacción (∆Grxn ) es el cambio
0
de energía libre para una reacción cuando esto ocurre en
condiciones estándar.
aA + bB cC + dD
∆Grxn = [ c∆G0f (C) + d∆G0f (D) ] - [ a∆G0 (A) + b∆G0 (B) ]
0
f f
∆Grxn = Σ n∆G0 (productos) Σ m∆G0 (reactivos)
0
f - f
La energía libre estándar de
formación (∆G0) es el cambio de
f
energía libre que ocurre cuando 1
mol del compuesto se forma a
partir de sus elementos en estado
estándar.
La∆G0f de cualquier elemento solo
en su forma estable es cero.
18.5](https://image.slidesharecdn.com/captulo18-121102120028-phpapp02/85/Capitulo-18-16-320.jpg)
![¿Cuál es el cambio de energía libre estándar para la
reacción siguiente a 25 °C?
2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)
∆Grxn = Σ n∆G0 (productos) -Σ m∆G0 (reactivos)
0
f f
∆Grxn = [ 12∆G0 (CO2) + 6∆G0 (H2O)] - [ 2∆Gf0 (C6H6) ]
0
f f
∆Grxn = [ 12x–394.4 + 6x–237.2 ] – [ 2x124.5 ] = -6405 kJ
0
¿Es la reacción espontánea a 25 0C?
∆G0 = -6405 kJ < 0
Sí es espontánea
18.5](https://image.slidesharecdn.com/captulo18-121102120028-phpapp02/85/Capitulo-18-17-320.jpg)
Capítulo 18
- 1. Entropía, energía libre y equilibrio Capítulo 18 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Se requiere permiso para reproducir o presentar este material.
- 2. Procesos físicos y químicos espontáneos •Una cascada va hacia abajo •Un terrón de azúcar se disuelve en una taza de café •En 1 atm, el agua se congela por debajo de 0°C y el hielo se derrite arriba de 0°C •El calor fluye de un objeto caliente a un objeto frío •Un gas se expande en un espacio libre vacío •El hierro expuesto al oxígeno y al agua forma óxido Espontáneo No espontáneo 18.2
- 3. Espontáneo No espontáneo 18.2
- 4. ¿Una disminución en la entalpía significa que una reacción sucede espontáneamente? Reacción espontánea CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) ∆H0 = -890.4 kJ H+ (ac) + OH- (ac) H2O (l) ∆H0 = -56.2 kJ H2O (s) H2O (l) ∆H0 = 6.01 kJ H2O NH4NO3 (s) NH4+(ac) + NO3- (ac) ∆H0 = 25 kJ 18.2
- 5. La entropía (S) es una medida de la aleatoriedad o del desorden de un sistema orden S desorden S ∆S = Sf - Si El cambio del estado inicial al final conduce a un aumento del grado de desorden Sf > Si ∆S > 0 Para cualquier sustancia, el estado sólido está más ordenado que el líquido y el estado líquido está más ordenado que el estado gaseoso Ssólido < Slíquido << Sgas H2O (s) H2O (l) ∆S > 0 18.3
- 6. Entropía W=1 W = número de microestados S = k ln W W=4 ∆S = Sf - Si Wf ∆S = k ln Wi Wf > Wi entonces ∆S > 0 W=6 Wf < Wi entonces ∆S < 0 18.3
- 7. Procesos que conducen a un aumento de la entropía (∆S > 0) 18.2
- 8. ¿Cómo cambia la entropía para cada uno de los procesos siguientes? a) Condensando vapor de agua Disminución del grado de Disminución de entropía (∆S < 0) desorden b) Cristales de sacarosa que se forman de una solución supersaturada Disminución del grado de desorden Disminución de entropía (∆S < 0) c) Gas de hidrógeno calentado de 600°C a 800°C Aumentos del grado de desorden Aumento de entropía (∆S > 0) d) Sublimación de hielo carbónico Aumentos del grado de desorden Aumento de entropía (∆S > 0) 18.3
- 9. Entropía Las funciones de estado son aquellas que son determinadas por el estado del sistema, independientemente de cómo se alcanza ese estado. energía, entalpía, presión, volumen, temperatura, entropías La energía potencial del excursionista 1 y del excursionista 2 es la misma aun cuando ellos tomen caminos diferentes. 18.3
- 10. Primera ley de la termodinámica La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma Segunda ley de la termodinámica La entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y permanece inalterada en un proceso de equilibrio. Proceso espontáneo ∆Suniv = ∆Ssis + ∆Ssurr > 0 Proceso en equilibrio: ∆Suniv = ∆Ssis + ∆Ssurr = 0 18.4
- 11. Cambio de entropía en el sistema (∆Ssis) Entropía estándar de reacción (∆S0 ) es el cambio de rxn entropía para una reacción realizada en 1 atm y 25°C. aA + bB cC + dD ∆S0 = rxn [ cS0(C) + dS0(D) ] - [ aS0(A) + bS0(B) ] ∆S0rxn = Σ nS0(productos) - Σ mS0(reactivos) ¿Cuál es el cambio de entropía estándar para la reacción siguiente a 25°C? 2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g) S0(CO) = 197.9 J/K•mol S0(CO2) = 213.6 J/K•mol S0(O2) = 205.0 J/K•mol ∆S0 = 2 x S0(CO2) – [2 x S0(CO) + S0 (O2)] rxn ∆S0 = 427.2 – [395.8 + 205.0] = -173.6 J/K•mol rxn 18.4
- 12. Cambio de entropía en el sistema (∆Ssis) Cuando los gases son producidos (o consumidos) • Si una reacción produce más moléculas de gas que las que consume, ΔS° > 0. • Si el número total de moléculas de gas disminuye, ΔS° < 0. • Si no hay ningún cambio neto del número total de moléculas de gas, entonces ΔS° puede ser positivo o negativo PERO ΔS° tendrá un valor pequeño. ¿Cuál es el signo del cambio de entropía para la reacción siguiente? 2Zn (s) + O2 (g) 2ZnO (s) Como el número total de moléculas de gas disminuye, ∆S será negativo. 18.4
- 13. Cambio de entalpía en el medio (∆Salrededores) Proceso exotérmico Proceso endotérmico ∆Salrededores > 0 ∆Salrededores < 0 18.4
- 14. Tercera ley de la termodinámica La entropía de una sustancia cristalina perfecta es de cero en el cero absoluto de temperatura . S = k ln W W=1 S=0 18.3
- 15. Energía libre de Gibbs Proceso espontáneo ∆Suniv = ∆Ssis + ∆Ssurr > 0 Proceso en equilibrio: ∆Suniv = ∆Ssis + ∆Ssurr = 0 Para un proceso a temperatura constante: Enería libre ∆G = ∆Hsis -T∆Ssis de Gibbs (G) ∆G < 0 La reacción es espontánea ∆G > 0 La reacción no es espontánea, es inducida. ∆G = 0 La reacción está en equilibrio 18.5
- 16. La energía libre estándar de reacción (∆Grxn ) es el cambio 0 de energía libre para una reacción cuando esto ocurre en condiciones estándar. aA + bB cC + dD ∆Grxn = [ c∆G0f (C) + d∆G0f (D) ] - [ a∆G0 (A) + b∆G0 (B) ] 0 f f ∆Grxn = Σ n∆G0 (productos) Σ m∆G0 (reactivos) 0 f - f La energía libre estándar de formación (∆G0) es el cambio de f energía libre que ocurre cuando 1 mol del compuesto se forma a partir de sus elementos en estado estándar. La∆G0f de cualquier elemento solo en su forma estable es cero. 18.5
- 17. ¿Cuál es el cambio de energía libre estándar para la reacción siguiente a 25 °C? 2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l) ∆Grxn = Σ n∆G0 (productos) -Σ m∆G0 (reactivos) 0 f f ∆Grxn = [ 12∆G0 (CO2) + 6∆G0 (H2O)] - [ 2∆Gf0 (C6H6) ] 0 f f ∆Grxn = [ 12x–394.4 + 6x–237.2 ] – [ 2x124.5 ] = -6405 kJ 0 ¿Es la reacción espontánea a 25 0C? ∆G0 = -6405 kJ < 0 Sí es espontánea 18.5
- 18. ∆G = ∆H - T∆S 18.5
- 19. Temperatura y espontaneidad de reacciones químicas CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) Proceso en equilibrio de CO2 ∆H0 = 177.8 kJ ∆S0 = 160.5 J/K ∆G0 = ∆H0 – T∆S0 At 25 0C, ∆G0 = 130.0 kJ ∆G0 = 0 a 835 0C 18.5
- 20. Energía libre de Gibbs y cambios de fase ∆G0 = 0 = ∆H0 – T∆S0 H2O (l) H2O (g) ∆H 40.79 kJ ∆S = = T 373 K = 109 J/K 18.5
- 21. La Química en acción: la eficiencia de las máquinas térmicas Una máquina térmica simple Th - Tc Rendimiento = X 100% Tc
- 22. La energía libre de Gibbs y el equilibrio químico ∆G = ∆G0 + RT lnQ R es la constante de los gases ideales (8.314 J/K•mol) T es la temperatura absoluta (K) Q es el cociente de reacción Equilibrio ∆G = 0 Q=K 0 = ∆G0 + RT lnK ∆G0 = − RT lnK 18.6
- 23. Energía libre contra el avance de reacción ∆G0 < 0 ∆G0 > 0 18.6
- 24. ∆G0 = − RT lnK 18.6
- 25. Alanina + Glicina Alanilglicina ∆G0 = +29 kJ K<1 ATP + H2O + Alanina + Glicina ADP + H3PO4 + Alanilglicina ∆G0 = -2 kJ K>1 18.7
- 26. La estructura del ATP Y del ADP en formas ionizadas 18.7
- 27. La termodinámica de una goma T∆S = ∆H - ∆G Entropía alta Entropía baja