Energia libera di Gibbs: importanza e applicazioni

La funzione di stato energia libera è legata all’entalpia dal primo principio della termodinamica e all’entropia dal secondo principio della termodinamica: essa è anche detta energia libera di Gibbs e, dal suo valore si può giungere a numerose considerazioni:

1) trattazione termodinamica dell’equilibrio chimico: infatti  poiché risulta:

ln Kp = – ΔGo /RT

essendo ΔGo per una data reazione funzione della sola temperatura si ha che Kp per la medesima reazione è costante a temperatura costante ovvero Kp = f(T)

2) nota ΔGo  si può calcolare la relativa costante di equilibrio ricordando che ΔGo= ΔHo – T ΔSo

3) nota Kp di una determinata reazione è possibile calcolare la variazione di energia libera per qualsiasi valore arbitrariamente scelto, delle pressioni parziali di ciascuna sostanza partecipante alla reazione secondo l’equazione di van’t Hoff:

ΔG= – RT ln Kp + RT ln pcCpdD/ paA pbB

e quindi prevedere in quelle condizioni la spontaneità o meno della reazione. Se nelle condizioni sperimentali da noi scelte la variazione di energia libera risultasse  ΔG > 0 ovvero la reazione non è spontanea, è sempre possibile farla avvenire ugualmente intervenendo dall’esterno ovvero, nella fattispecie modificando le pressioni parziali dei reagenti o dei prodotti o di ambedue contemporaneamente, in modo da ottenere

ΔG < 0. Per tale motivo la variazione dell’energia libera detta anche forza motrice della reazione, non solo dipende dalla temperatura e dalla natura chimica dei reagenti e dei prodotti ΔGo , ma dipende altresì dalle loro concentrazioni ovvero dalla massa attiva di tali sostanze. Un altro metodo che consente di modificare il ΔG della reazione, sempre allo scopo di spostare l’equilibrio verso destra, ovvero di aumentare la resa della reazione, consiste nell’agire sulla pressione totale del sistema, ad esempio aumentando la pressione totale nell’ipotesi che la reazione avvenga con diminuzione del numero di moli come per la reazione di equilibrio:

N2 + 3 H2⇌ 2 NH3

Reazione per la quale la variazione del numero di moli è pari a Δn = 2 – 1 – 3 = -2

Consideriamo, ad esempio la generica reazione A + B = C

La variazione di energia libera di tale reazione è pari a ΔG = – RT ln Kp + RT ln pc/ pa pb essendo pa , pb e pc rispettivamente le pressioni parziali iniziali di A, B e C. Per la legge di Dalton le pressioni parziali si possono esprimere il funzioni delle frazioni molari ovvero:

pi = Xi ptot

sostituendo tale valore nell’equazione di Vant’Hoff si ha:

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Author: Chimicamo

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