Blog

energia libera-chimicamo

Energia libera. Esercizi svolti

  |   Chimica, Chimica Fisica, Termodinamica

L‘energia libera di Gibbs è una funzione di stato che si esprime in Joule  ed è correlata alla variazione di entalpia e di entropia

La variazione di energia libera infatti  è espressa dalla relazione ΔG = ΔH – TΔS essendo ΔH la variazione di entalpia e ΔS la variazione di entropia

Conoscere il valore della variazione di energia libera consente di poter prevedere la spontaneità di un processo infatti se ΔG :

1)    è pari a 0 il sistema è all’equilibrio

2)    minore di 0 il processo avviene spontaneamente

3)  maggiore di 0 il processo non avviene spontaneamente

Nel caso che le reazioni avvengano in condizioni standard sussiste la analoga relazione: ΔG° = ΔH° – TΔS° essendo ΔH° ΔS° rispettivamente la variazione di entalpia e la variazione di entropia nello stato standard.

Esercizi

1)      Per la reazione H2(g) + O2(g) H2O2(l) la variazione di entalpia ΔH°  a 25°C vale – 187.78 kJ/mol. Calcolare la variazione di energia libera standard.

S°( H2O2) = 109.6 J/molK

S°(O2) = 205.2 J/molK

S° (H2) = 130.7 J/molK

 

Essendo la reazione bilanciata si può procedere al calcolo della variazione di entropia in condizioni standard ricordando che:

ΔS° =∑S° prodotti  – ∑ S°reagenti

Dai dati forniti:

ΔS° = 109.6 J/molK – ( 205.2 J/molK + 130.7 J/molK)=  – 226.3 J/mol K = – 0.2263 kJ/molK

Ricordando che la temperatura deve essere espressa in gradi Kelvin si ha:

ΔG = – 187.78 kJ/mol – 298 K ( – 0.2263 kJ/mol K) = – 120.34 kJ/mol

 

2)      Calcolare la variazione di energia libera standard e la variazione di energia libera a 300 °C per la reazione N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) assumendo che ΔH e ΔS non variano tra 25°C e 300 °C.

Calcolare inoltre la temperatura minima alla quale la reazione diventa non spontanea

S°(N2) = 191.6 J/molK

S°(H2) = 130.7 J/molK

S°(NH3) = 192.8 J/molK

Δf(NH3) = – 45.9 kJ/mol

Si calcola la variazione di entropia:

ΔS° = 2( 192.8) – (191.6) – 3( 130.7)= – 198.1 J/molK = – 0.1981 kJ/molK

Si calcola la variazione di entalpia ricordando che per gli elementi allo stato standard vale zero

ΔH° = 2 (- 45.9) = – 91.8 kJ/mol

Alla temperatura di 25°C ( 298 K) la variazione di energia libera vale:

ΔG° = – 91.9 – 298( – 0.1981) = – 32.9 kJ

Alla temperatura di 300 °C ( 573 K) e supponendo che non si abbia variazione di entalpia e di entropia:

ΔG° = – 91.9 – 573 ( – 0.1981) = 21.7 kJ

Dai risultati ottenuti sulla  variazione di energia libera si rileva che un aumento di temperatura influenza la spontaneità della reazione.

Poiché all’equilibrio ΔG° = 0 calcoliamo la temperatura corrispondente a questo stato:

0 = – 91.8 – T (- 0.1981)

91.8 = 0.1981 T

Da cui T = 463 K = 190 °C

A valori maggiori di 190 °C la reazione diventa non spontanea

 

3)      Calcolare la variazione di energia libera standard per la reazione di combustione dell’isoottano per mole di reagente.  Dai dati termodinamici i valori di ΔG° di formazione sono rispettivamente

Isoottano= – 353.2 kJ/mol

Biossido di carbonio= – 294.4 kJ/mol

Acqua = – 237.1 kJ/mol

La reazione di combustione dell’isoottano è:

2 C8H18 +25  O2 → 16 CO2 + 18 H2O

ΔG°= 16( – 294.4) + 18 ( – 237.1) – 2 ( – 353.2) =  – 4710.4 – 4267.8 + 706.4 = – 8271.8 kJ

Tale valore è la variazione di energia libera riferita a due moli di isoottano quindi per una mole di isoottano la variazione di energia libera è – 8271.8/2 = – 4135.9 kJ/mol

Allo stesso risultato si poteva pervenire dividendo per due la reazione di combustione:

C8H18 + 25/2  O2 → 8 CO2 + 9 H2O

In modo che il coefficiente stechiometrico dell’isoottano fosse 1:

ΔG°= 8( – 294.4) + 9 ( – 237.1) – 353.2 = – 4135.9 kJ/mol

Condividi


Gentile Lettrice, Gentile Lettore

Abbiamo rilevato che stai utilizzando un AdBlocker che blocca il caricamento completo delle pagine di Chimicamo.org

Questo sito è per te completamente gratuito e fornisce, si spera, un servizio serio, completo ed utile, pertanto speriamo che tu consideri la possibilità di escluderlo dal blocco delle pubblicità che sono la nostra unica fonte di guadagno per portare avanti quello che vedi.

 

Per piacere aggiungi Chimicamo.org alla tua whitelist oppure disabilita il tuo software mentre navighi su queste pagine.

 

Grazie

Lo staff di Chimicamo.org

Condividi