Química 2n de Batxillerat, Crèdit 3, Unitat 1

7.- Concepte d'entalpia lliure.

El fet de poder predir quina serà la tendència natural d'una reacció química presenta un repte important que la termodinàmica ens permet respondre a partir de la relació entre l'entalpia i l'entropia d'un procés. Aquesta relació determina una nova variable extensiva anomenada entalpia lliure de Gibs (o entalpia lliure), que respon a la següent expressió:

G = H - T·S

Aquesta entalpia lliure no es pot mesurar experimentalment, però es pot conèixer la variació de l'entalpia lliure (DG), a pressió i temperatura constants, utilitzant l'equació de Gibbs-Helmholtz:

 DG = DH - T·DS

En aquesta expressió s'observen dos termes ben diferenciats:

	DH que correspon a la mesura del canvi d'entalpia total en el procés.
	T·DS que correspon a la variació d'entalpia no disponible, deguda a l'augment o disminució del desordre durant el procés.

Per tant, l'entalpia lliure és la mesura de l'entalpia realment disponible en una reacció química (o entalpia lliure).

Podem definir l'entalpia lliure estàndard de formació d'una substància, DG⁰_f,  com la variació d'energia lliure que té lloc quant es sintetitza un mol de la substància a partir dels seus components en estat estàndard. Per conveni, l'entalpia lliure estàndard de formació dels elements en condicions estàndard, és a dir, la seva forma pura més estable a 1 atm i 298.15 K, és zero.

Com en el cas d l'entalpia, es pot determinar l'entalpia lliure estàndard d'una reacció utilitzant les entalpies lliure estàndard de formació de reactius i productes, utilitzant la següent expressió:

DG⁰_reacció = S n·DG⁰_f,i

on DG⁰_f,i  són les entalpies lliures estàndard de formació de reactius i/o productes, i n són els coeficients estequiomètrics de reactius i productes a la reacció química, amb signe positiu per als productes i negatiu per als reactius.

Les unitats d'aquesta magnitud són J de la mateixa manera que ho eren en l'entalpia.

Exemple:

Determina l'increment d'entalpia lliure estàndard de la reacció següent a partir de les dades d'entalpia estàndard que pots trobar a la taula número 6:

Reacció principal

2C2H2(g) + 5O2(g)  4CO2(g) + 2H2O(l)

DG0 = ?

Podem resumir tot el procés de càlcul en la següent taula:

on la primera columna fa referència a la substància que participa a la reacció química, la segona fa referència a l'entalpia lliure molar estàndard de cada substància i la tercera fa referència al valor del coeficient estequiomètric de cada substància en la reacció química. Per tant ho podem escriure d'aquesta forma:

DG⁰_reacció = 2 mol · (-237.2) kJ·mol^-1  + 4 mol · (-394.4) kJ·mol^-1  - 2 mol · 209.2 kJ·mol^-1 = -2470.4 kJ

^{Autor: O. Castell}