Energía libre y espontaneidad: guía de estudio

Ideas clave

La energía libre combina entalpía y entropía en un solo criterio de espontaneidad. Un proceso es espontáneo a una temperatura dada cuando ΔG es negativa, y ΔG° está directamente ligada a la constante de equilibrio.

• ΔG = ΔH − TΔS, con T en kelvin. ΔG < 0 significa espontáneo, ΔG > 0 no espontáneo y ΔG = 0 equilibrio.
• Las cuatro combinaciones de signo: ΔH < 0 y ΔS > 0 siempre espontáneo, ΔH > 0 y ΔS < 0 nunca, y las otras dos dependen de la temperatura.
• Donde cambia el signo, T = ΔH ÷ ΔS. Mantén ΔH en julios o ΔS en kJ para que las unidades coincidan.
• ΔG° = −RT ln K, así que una ΔG° negativa significa K > 1 y que los productos están favorecidos en el equilibrio.

Ecuaciones clave

• ΔG = ΔH − TΔS
• ΔG° = −RT ln K
• ΔS_surr = −ΔH ÷ T
• ΔS_total = ΔS_sys + ΔS_surr
• T_switch = ΔH ÷ ΔS

Ejemplo resuelto

Un proceso tiene ΔH = +40 kJ/mol y ΔS = +100 J/(mol·K). A 298 K, ΔG = 40 000 − 298 × 100 = +10 200 J/mol, así que no es espontáneo. Se vuelve espontáneo por encima de T = 40 000 ÷ 100 = 400 K. Para una reacción con ΔG° = −10,0 kJ/mol a 298 K, ln K = 10 000 ÷ (8,314 × 298) = 4,04, así que K ≈ 57.

Errores comunes

• Mezclar kJ para ΔH con J para ΔS en la misma fórmula.
• Usar °C en lugar de kelvin para T.
• Interpretar ΔG° < 0 como que la reacción es rápida. La energía libre no dice nada de la velocidad.

Práctica

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