Energia Livre de Gibbs
Teoria
A espontaneidade de um processo qualquer depende de um balanço entre a variação de energia e a variação de entropia. A Energia Livre de Gibbs (ΔG) é uma grandeza que nos permite fazer esse balanço e prever se uma reação vai ser espontânea ou não.
Quando o for negativo o processo se dá de forma espontânea e quando for positivo a reação é não espontânea.
E temos que dar aquela relembrada em Entropia (ΔS) e na Entalpia (ΔH), a primeira mede a quantidade de desordem do nosso sistema, e a segunda que tem tudo a ver com o calor envolvido na reação!
Sendo assim podemos analisar também a espontaneidade em função de cada termo, é isso que veremos nessa tabelinha aí em baixo. Nela mostramos as reações que serão sempre espontâneas, as que vão ser dependentes da temperatura e as que vão ser sempre não espontâneas.
Para os processos em que é a espontaneidade depende da temperatura, basta analisar a equação de Gibbs como uma função do primeiro grau, mas para isso vamos precisar saber os valores de ΔH e de ΔS.
Que para visualizar melhor poderia ser visto como essas opções de gráficos aqui:
Bem, isso faz bastante sentido com o nosso exemplo do gelo, afinal o gelo derreteu quando exposto a uma temperatura alta. Se fossemos colocar o gelo sobre a mesa na Sibéria, numa temperatura bem menor, certamente o gelo não derreteria.
Uma coisa muito importante é que a análise feita aqui só mostra se um processo vai acontecer ou não, agora se isso vai ser rápido ou demorado é outra coisa. O diamante por exemplo é uma forma de carbono que espontaneamente se transformará em grafite, só que isso levará milhões de anos para ocorrer.
Outra informação importante sobre o é que ele representa a quantidade máxima de trabalho, elétrico ou mecânico, que está disponível para ser transformada em trabalho quando uma reação ocorre a temperatura e pressão constante. O trabalho obtido por qualquer reação química em um dado processo real será sempre menor que o valor de , isso se dá por que os processos reais são sempre irreversíveis, e o trabalho máximo só pode ser extraído de um processo reversível.
Então a eficiência de um processo está relacionada com o ! E isso é muito importante por que mesmo os processos mais eficazes, que são os biológicos, aproveitam em média 40% de toda a energia que estaria disponível. Já nas máquinas é comum aproveitamentos inferiores a 30% e vale lembrar que qualquer aumento nessa porcentagem aí já significa uma grande economia.
Agora o que falta é cair dentro da lista de exercícios para mandar bem na prova, então vamos lá!!! :D
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Lista de termodinâmica - Universidade de São Paulo
Se para uma reação a todas as temperaturas, então é ______ e é ______.
- positivo, positivo
- positivo, negativo
- zero, positivo
- negativo, positivo
- negativo, zero
Passo 1
Vamos de questãozinha teórica para fortalecer nossos conhecimentos!
A questão nos dá opções para completar a frase aí de cima. E o que isso quer dizer, quais serão os sinais da variação de entalpia (ΔH) e variação de entropia (ΔS) para que a variação de energia livre de Gibbs (ΔG) seja negativo, independente do valor da temperatura...Hum...
Sabe o que pode nos ajudar nisso?
Aquela tabelinha de sinais que vimos na teoria! Vamos relembrá-la no próximo passo!
Passo 2
Essa tabelinha nos mostra quais os sinais de ΔH e de ΔS para o ΔG, ser espontâneo, ou seja negativo! Vamos olhar com calma:
Passo 3
Opa! Já encontramos nossa resposta, hein?
A tabela diz que para e o nosso ΔG é sempre espontâneo, então é sempre negativo!
Uhul! Já foi! Encontramos nossa resposta!
Resposta
Letra b.
Exercício Resolvido #2
Elaboração prórpia.
Determine tendo a seguinte reação química:
Para tal, utilize a relação matemática de energia livre de Gibbs, e ;
Dados:
Passo 1
A primeira coisa que eu espero que tenha chamado a sua atenção nesse exercício é que existem mais dados do que vamos precisar. Ali entre as informações tem os valores das entalpias e das entropias para a água gasosa e também para a água líquida, mas de fato vamos usar apenas um desses para nossos cálculos. Como a reação mostrada leva à formação da água líquida, então usaremos os dados referentes à água nesse estado físico.
O cálculo da energia livre de Gibbs é feito usando a seguinte fórmula:
Então vamos começar pelo cálculo da variação de entropia, , da reação.
E agora entalpia:
Mas aí ferrou, não temos a entalpia dos reagentes!!!!
Calma aííí. Basta lembrar que a entalpia de uma substância em seu estado alotrópico mais estável é 0! Falei grego?
Quando a susbtância tá no seu estado mais simples, a entropia dela é zero.
Existe alguma molécula contendo hidrogênio que seja mais simples que o ? Não né... então a entalpia do é zero! E pro oxigênio? A molécula mais simples contendo oxigênio é o , então esse cara tem entalpia zero também!
Então:
Agora seguindo com os cálculos de :
Passo 2
Bem, não podemos esquecer que a questão quer que calculemos o , ou seja, após ter feito aquilo tudo temos que dividir o valor obtido afim de determinar a variação de energia livre de Gibbs para cada mol de água líquida que é formada. Então bora fechar essa questão logo:
Ou, aproximando o resultado:
Resposta
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