Concetti Chiave
- La spontaneità di una reazione chimica è determinata dall'energia libera di Gibbs, che combina l'entropia del sistema e dell'ambiente.
- La formula di Gibbs è ΔG=ΔH-TΔS; un ΔG negativo indica un processo spontaneo, mentre un ΔG positivo indica un processo non spontaneo.
- La difficoltà di misurare l'entropia dell'ambiente rende l'energia libera di Gibbs una scelta migliore per valutare la spontaneità delle reazioni.
- La relazione ΔStot=ΔS-ΔH/T è valida solo a pressione e temperatura costante, semplificando i calcoli in condizioni specifiche.
- Un aumento dell'entropia del sistema porta a una diminuzione dell'energia libera di Gibbs, influenzando la spontaneità della reazione.
Per calcolare la spontaneità di una reazione quindi bisogna valutare 3 fattori: l’entropia del sistema, dell’ambiente e quella totale, ma sarebbe molto più facile se esistesse un’unica proprietà che combinasse insieme questi fattori; questa proprietà è una funzione di stato nuova che prende il nome di energia libera di Gibbs.
Relazione tra entropia e energia libera
Se ΔStot=ΔS+ΔSamb e ΔSamb=-ΔH/T avremo che ΔStot=ΔS-ΔH/T, ma questo vale solo a pressione e temperatura costante.
Da prima si ha che
ΔStot =ΔS-ΔH/T che rielaborata dà -TΔStot=ΔH-TΔS°
Energia libera di Gibbs: ΔG=ΔH-TΔS, a temperatura e pressione costante ΔG=-TΔS
Perché è stato necessario parlare di energia libera, non ci si poteva limitare a trattare somma di entropia di sistema e ambiente? È molto difficile misurare il ΔS dell'ambiente, si è cercato di rielaborare il concetto di entropia totale, che contiene quello di entropia dell'ambiente, per poterlo esprimere solo in termini dell'entropia del sistema, che è invece misurabile.
Così è possibile prevedere la spontaneità di una reazione sulla base dell'energia libera del sistema e non dell'entropia totale. Si osserva che il ΔS è presente con segno meno, quindi all’aumentare di S diminuisce G:
• ΔGreazione esoergonica
• ΔG>0: processo non spontaneo, reazione endoergonica
Domande da interrogazione
- Qual è la funzione di stato che combina entropia e energia in una reazione chimica?
- Come si calcola l'energia libera di Gibbs e quali sono le sue implicazioni?
- Perché è preferibile utilizzare l'energia libera di Gibbs piuttosto che l'entropia totale per valutare la spontaneità di una reazione?
La funzione di stato che combina l'entropia del sistema e dell'ambiente è l'energia libera di Gibbs, espressa come ΔG=ΔH-TΔS, che permette di valutare la spontaneità di una reazione.
L'energia libera di Gibbs si calcola con la formula ΔG=ΔH-TΔS. Se ΔG è minore di zero (ΔG<0), il processo è spontaneo; se è maggiore di zero (ΔG>0), il processo non è spontaneo.
È preferibile utilizzare l'energia libera di Gibbs perché è difficile misurare l'entropia dell'ambiente (ΔSamb), mentre l'entropia del sistema (ΔS) è misurabile, consentendo di prevedere la spontaneità della reazione in modo più pratico.
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