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Energia libera di formazione-chimicamo

Energia libera di formazione

  |   Chimica, Chimica Fisica, Termodinamica

L’energia libera di formazione di Gibbs  indicata come G°form è la variazione di energia libera quando gli elementi nei loro stati standard si combinano per dare i prodotti di reazione.

La variazione dell’energia libera di Gibbs allo stato standard è espressa dall’equazione:

ΔG° = ΔH° – TΔS°

dove ΔH° è la variazione di entalpia e ΔS° è la variazione di entropia.

Per stato standard si intende che

  • la pressione parziale dei gas presenti sia di 105 Pa
  • le concentrazioni delle soluzioni acquose sia 1 M
  • la temperatura sia di 25°C

Definizione

I valori dell’energia di formazione di Gibbs possono essere utilizzati per calcolare la variazione di energia libera per una reazione chimica o per un passaggio di stato.

I valori dell’energia libera di Gibbs allo stato standard sono tabulati e per la formazione di un elemento è pari a zero.

Per la generica reazione:

reagenti → prodotti

la variazione dell’energia libera di Gibbs è data dall’equazione:

ΔG° = Σ G°form(prodotti) – Σ G°form(reagenti)

Ovvero:

ΔG° = ΔH°form – TΔS°form

Dal valore positivo o negativo di ΔG° di una data reazione si può prevedere se essa avviene spontaneamente.

Esercizi

  1. Valutare dai seguenti dati termodinamici se la reazione:

½ N2(g) + 2 H2(g) + ½ Cl2(g) → NH4Cl(s)

avviene spontaneamente a 298.2 K

 

Composto ΔH°form kJ/mol ΔS°form  kJ/mol ∙K
N2(s) 0 + 0.1915
H2(g) 0 + 0.1316
Cl2(g) 0 + 0.2232
NH4Cl(s) – 314.4 + 0.0946

 

ΔS°form = Σ ΔS°form(prodotti) – Σ ΔS°form(reagenti) =

= ( 1 mol NH4Cl)( + 0.0946 kJ/mol∙K) – [(1/2 mol N2)(+0.1915 kJ/mol∙K) + ( 2 mol H2)(0.1316 kJ/mol∙K) + (1/2 mol Cl2)( + 0.2232 kJ/mol ∙K) = – 0.3739 kJ/K

ΔH°form =  (1 mol  NH4Cl)( – 314.4 kJ/mol) = – 314.4 kJ

Pertanto:

ΔG° = ΔH°form – TΔS°form = – 314.4 kJ – 298.2 K(- 0.3739 kJ/K) = – 202.9 kJ

2. Valutare dai seguenti dati termodinamici se la reazione di dissoluzione del nitrato di potassio avviene spontaneamente a 25°C.

La reazione è:

NH4NO3(s) → NH4+(aq) + NO3.-(aq)

 

Composto ΔH°form kJ/mol ΔS°form J/mol ∙K
NH4NO3(s) -365.56 + 151.08
NH4+(aq) -132.51 + 113.4
NO3.-(aq) – 205.0 + 146.6

 

Si inizia con il calcolare ΔH°form :

ΔH°form = Σ ΔH°form(prodotti) – Σ ΔH°form(reagenti) =

= [ (1 mol NH4+)(-132.51 kJ/mol) + (1 mol NO3)(-205.0 kJ/mol) – (1 mol NH4NO3)(- 365.56 kJ/mol)] = 28.05 kJ = 2.805 ∙ 104 J

Si calcola ΔS°form :

ΔS°form = Σ ΔS°form(prodotti) – Σ ΔS°form(reagenti) =

= [(1 mol NH4+)(113.4 J/mol) + (1 mol NO3)(146.6 J/mol) – (1 mol NH4NO3)(151.08 J/mol)] = 108.9 J/K

La temperatura espressa in gradi Kelvin è 25 + 273.15 = 298.15 K

Pertanto:

ΔG° = ΔH°form – TΔS°form = 2.805 ∙ 104 J – (298.15 K)( 108.9 J/K) =  – 4.4 ∙ 103 J = – 4.4 kJ

Poiché il valore di ΔG° è inferiore a zero la reazione è spontanea

 

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