 El documento trata sobre conceptos de termodinámica química como la entalpía, la energía interna, la entropía y la energía libre de Gibbs.  Explica que los procesos espontáneos ocurren cuando hay una reducción en la calidad de la energía que conduce a una mayor dispersión de la energía total, lo que aumenta la entropía del universo.  Indica que la energía libre de Gibbs, ΔG, puede usarse para predecir la espontaneidad de una reacci

1. Termodinámica química Química General e Inorgánica Clase del 7 de abril de 2005 Dr. Pablo Evelson

2. 2. El cambio de entalpía para una reacción depende del estado de los reactivos y los productos. 2 H 2 O (l)  2 H 2 O (g)  H = + 88 kJ Fe de erratas

4.  U = q + w Calor Trabajo  U Estado inicial Estado final Energía interna, U

9. ¿Qué determina la dirección de un cambio espontáneo? -¿De qué manera se distribuye la energía? -¿La energía total? -¿La energía tiende a un mínimo?

10.  Cambio espontáneo: Existe una reducción en la calidad de la energía.  Los cambios espontáneos son el resultado de la tendencia del universo hacia un caos mayor.  Indicador del cambio espontáneo: Se busca la dirección del cambio que conduzca a la dispersión caótica de la energía total.

11. Entropía La segunda ley introduce una nueva función de estado: Entropía (S) Segunda ley de la termodinámica: “ Para un proceso espontáneo, la entropía del universo siempre aumenta”

12. La entropía como criterio de espontaneidad  S universo < 0 Indica proceso no espontáneo  S universo > 0 Indica proceso espontáneo  S universo = 0 Indica proceso reversible

13. Cálculo de la entropía  S sistema =  S final -  S inicial  q rev T - Para una reacción química:   S reacción =  S productos -  S reactivos  S sistema =

14.  S universo =  S sistema +  S entorno Proceso reversible:  S universo =  S sistema +  S entorno = 0 Proceso espontáneo:  S universo =  S sistema +  S entorno > 0

17. Entropía y orden Cada fase muestra un distinto estado de ordenamiento Estado líquido Estado sólido

18. Líquido Sólido Entropía, S Temperatura, T

20. Entropía y probabilidad S sistema = k B . ln W Hay 2.598.960 manos posibles de cinco cartas en el poker Combinación Número de manos que producen esa combinación Escalera real 4 ‘ Nada’ 1.302.540

21. Entropía y probabilidad S sistema = k B . ln W

22. S sistema = k B . ln W k B = R / N k B = 1,38 x 10 -23 J/K

23. Energía libre de Gibbs Josiah Williard Gibbs (1839-1903) G = H - TS  G =  H - T  S Es función de estado. Sólo vale para el sistema, a presión y temperatura constantes.

24. La energía libre de Gibbs como criterio de espontaneidad  G > 0 Proceso no espontáneo  G < 0 Proceso espontáneo  G = 0 Equilibrio

25. Proceso espontáneo Equilibrio Productos Reactivos Energía libre, G Proceso

26. w máx =  G El cambio en la energía libre de un proceso,  G, es igual al trabajo útil máximo que puede realizar el sistema sobre sus alrededores en un proceso espontáneo que se lleva a cabo a presión y temperatura constantes

27. Convenciones para los estados estándar Estado de la materia Estado estándar Gas 1 atm de presión Líquido líquido puro Sólido sólido puro Elementos  G° f (elemento) = 0 Disolución Concentración 1 molar

28. El cambio de energía  libre estándar,  G° es el cambio de energía libre que acompaña a la conversión de reactivos en sus estados estándar a productos en sus estados estándar para un mol de reacción según está escrita.

29.  G° =  H° - T  S°  G =  G° + RT lnQ En condiciones que no son del estado estándar para predecir la dirección de la reacción se debe usar  G en vez de  G° En condiciones estándar: La relación entre  G y  G° es:

30. Energía libre de formación Elementos

31. Efecto de la temperatura en la espontaneidad de las reacciones