Energi bebas dan kespontanan: panduan belajar

Gagasan utama

Energi bebas menggabungkan entalpi dan entropi menjadi satu uji kespontanan. Proses spontan pada suhu tertentu bila ΔG negatif, dan ΔG° terkait langsung dengan tetapan kesetimbangan.

• ΔG = ΔH − TΔS, dengan T dalam kelvin. ΔG < 0 berarti spontan, ΔG > 0 tidak spontan, dan ΔG = 0 setimbang.
• Empat kombinasi tanda: ΔH < 0 dan ΔS > 0 selalu spontan, ΔH > 0 dan ΔS < 0 tidak pernah, dan dua lainnya bergantung pada suhu.
• Di tempat tanda berubah, T = ΔH ÷ ΔS. Samakan ΔH dalam joule atau ΔS dalam kJ agar satuannya cocok.
• ΔG° = −RT ln K, sehingga ΔG° negatif berarti K > 1 dan produk lebih disukai pada kesetimbangan.

Persamaan penting

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

Contoh soal

Suatu proses memiliki ΔH = +40 kJ/mol dan ΔS = +100 J/(mol·K). Pada 298 K, ΔG = 40 000 − 298 × 100 = +10 200 J/mol, sehingga tidak spontan. Proses menjadi spontan di atas T = 40 000 ÷ 100 = 400 K. Untuk reaksi dengan ΔG° = −10,0 kJ/mol pada 298 K, ln K = 10 000 ÷ (8,314 × 298) = 4,04, sehingga K ≈ 57.

Kesalahan umum

• Mencampur kJ untuk ΔH dengan J untuk ΔS dalam satu rumus.
• Memakai °C, bukan kelvin, untuk T.
• Menganggap ΔG° < 0 berarti reaksi cepat. Energi bebas tidak menyatakan apa pun tentang laju.

Latihan

Uji dirimu dengan soal latihan tentang topik ini: Energi bebas dan kespontanan