Concetti Chiave
- La spontaneità di un processo dipende dai segni di ΔH e ΔS: ΔH negativo e ΔS positivo garantiscono spontaneità a tutte le temperature.
- Se ΔH è positivo e ΔS negativo, il processo sarà sempre non spontaneo, indipendentemente dalla temperatura.
- I casi in cui ΔH e ΔS hanno lo stesso segno richiedono un'analisi della temperatura per determinare la spontaneità della reazione.
- Le reazioni esotermiche (ΔH < 0) sono favorite da temperature più basse, mentre le endotermiche (ΔH > 0) richiedono temperature più elevate per avvenire.
- Il segno di ΔG è cruciale per valutare la spontaneità: ΔG< 0 indica spontaneità, ΔG> 0 indica non spontaneità e ΔG=0 indica equilibrio.
Possibilità di ΔG
In totale vi sono quattro possibilità per ΔG in base ai segni di ΔH e ΔS.
Se ΔH è negativo, quindi vi è una cessione all’ambiente di calore, e ΔS positivo, quindi un aumento del disordine, il processo sarà sempre spontaneo, qualunque sia la temperatura (si pensi anche al significato matematico dell’espressione ΔG=ΔH-TΔS, che non assumerà mai valore positivo se i segni di ΔH e ΔS sono quelli considerati).
Se invece un processo è accompagnato da un ΔH positivo, quindi vi è un assorbimento di calore da parte del sistema, e da un ΔS negativo, quindi una diminuzione del disordine del sistema, allora il ΔG sarà sempre positivo, quindi il processo sarà non spontaneo a tutte le temperature.
Cosa sono i casi dubbi di spontaneità?
I casi dubbi sono quelli in cui ΔH e ΔS hanno entrambi lo stesso segno, sono entrambi positivi o negativi. In questi casi la spontaneità o meno di una reazione dipende dal valore della temperatura. In generale se ΔH e ΔS di una reazione sono entrambi positivi la reazione sarà spontanea ad alte temperature, mentre se ΔH e ΔS sono entrambi negativi la reazione è spontanea a basse temperature.
Caso ΔH ΔS ΔG Risultato
1 + - Reazione spontanea a tutte le temperature
2 - - - a basse temperature Spontaneo a basse temperature
+ a alte temperature Non spontaneo ad alte temperature
3 + + a alte temperature Spontaneo ad alte temperature
+ a basse temperature Non spontaneo a basse temperature
4 + - + Reazione non spontanea a tutte le temperature
Reazioni esotermiche ed endotermiche
È bene infine ricordare:
Se ΔHesotermica, quindi produce calore, di conseguenza abbassando la temperatura dell’ambiente si favorisce lo svolgimento della reazione, e l’equilibrio si sposta verso i prodotti, mentre se ΔH>0 la reazione è endotermica, e la reazione ha bisogno di calore per avvenire, quindi è favorita a temperature alte;
Alcune considerazioni sul segno di ΔG, ricordando che ΔG=ΔH-TΔS:
ΔG0, reazione spontanea dai prodotti verso i reagenti;
ΔG>0 ΔSuniverso
ΔG=0 ΔSuniverso=0, il sistema è in equilibrio.
Il segno di ΔG dipende dal segno di ΔH, ΔS e dal valore di T.
Domande da interrogazione
- Quali sono le condizioni per cui un processo è sempre spontaneo?
- Cosa succede quando ΔH e ΔS hanno lo stesso segno?
- Come influiscono ΔH e ΔS sulla spontaneità delle reazioni esotermiche ed endotermiche?
Un processo è sempre spontaneo se ΔH è negativo (cessione di calore) e ΔS è positivo (aumento del disordine), indipendentemente dalla temperatura, come indicato dalla relazione ΔG=ΔH-TΔS.
Quando ΔH e ΔS hanno lo stesso segno, la spontaneità della reazione dipende dalla temperatura: se entrambi sono positivi, la reazione è spontanea ad alte temperature; se entrambi sono negativi, è spontanea a basse temperature.
Nelle reazioni esotermiche (ΔH<0), la reazione è favorita a basse temperature, mentre nelle reazioni endotermiche (ΔH>0), è favorita ad alte temperature, influenzando così il segno di ΔG e la spontaneità del processo.
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