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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CURSO: QUÍMICA DISCIPLINAS: QUÍMICA ANALÍTICA e BIOQUÍMICA Aluna: Lisânia Maryele da Silva Lima. Energia livre de Gibbs Definição: O cálculo da energia livre de Gibbs utiliza as variações de entalpia e entropia para determinar a espontaneidade de um sistema químico. “Segundo Gibbs, sempre que um processo químico espontâneo ocorre, ele acaba liberando energia. Porém, parte dessa energia liberada é utilizada pelo próprio sistema (substância) para que ele possa reorganizar-se.” Fórmula utilizada: G= -T. S Onde: ∆= Variação de energia livre de Gibbs; ∆H= Variação de entalpia do sistema/ variação de entropia do sistema. T= Temperatura. Quando calcularmos a energia livre de Gibbs, podemos ter um resultado negativo ou um positivo, haja vista que é feita uma subtração entre as grandezas físicas envolvidas. Assim, se o resultado for positivo, o processo não é espontâneo. ∆G 0 (negativo): Processo espontâneo. O cálculo da energia livre de Gibbs além de prever se um sistema é espontâneo, dá-nos a noção exata sobre a quantidade de energia que podemos utilizar de um processo químico para realizar algum tipo de trabalho, sendo esse trabalho representado pela diferença. ∆H – T. ∆S Exemplos: 1. Dada a reação abaixo: I2 (g) + Cl2 (g) ↔ 2I Cl (g) A partir de que temperatura sabendo que ∆H= 8,4 kcal/ mol e ∆S= 37 cal/ k mol esse processo será espontâneo? Dados: ∆H= 8,4 kcal/ mol ∆S= 37 cal/ k mol Obs: Como estão em unidades diferentes, devemos transformar o ∆S de cal. Para kcal. Dividimos por 1000: ∆H= 8,4 kcal/ mol ∆S= 37 cal/ k mol → 37/ 1000= 0,037 kcal/mol Como a questão pede um processo espontâneo, devemos pensar em ∆G<0 e, como temos ∆H e ∆S, utilizamos a expressão do cálculo da energia livre de Gibbs da seguinte maneira para encontrar a temperatura: (∆G<0) ∆H – T. ∆S<0 8,4 – T. 0.037 <0 - T. 0,037. 8,4. (-1) T>8,4/0,037 T>227,02 k 2. A 25°C, a temperatura exotérmica: N2O(g) ↔ N2(g) + 1/ 2O2(g) Apresenta ∆H= -19,5 kcal/mol e ∆S= 18 cal/ k mol. Qual é o valor de ∆G° desse sistema em kcal/ mol? Dados: ∆H= -19,5 kcal/mol; ∆S= 18 cal/ k mol, convertendo para kcal obtivemos 0,018 ou 18.10-3. T= 25°C + 273 K= 298 K Por fim, basta utilizar os valores fornecidos e transformados, na fórmula da energia livre de Gibbs. ∆G°= ∆H – T. ∆S ∆G°= -19,5 – 298. 0,018 ∆G°= -24,864 kcal/mol O processo desta reação é espontâneo. 3. Calcule a energia livre de Gibbs da reação PCl3(g) + Cl2(g) ↔ PCl5(g), em 230°C quando as pressões parciais de PCl3, Cl2 e PCl5 forem 0,13 bar, 0,51 bar e 1,42 bar, respectivamente. Qual a direção espontânea da mudança sabendo que K= 49 em 230°C? Dados: T= 230°C + 273 K= 503 K K= 49 R= 8,314 J/mol Aplicando-se os valores na fórmula: ∆G°= - R. T. ln(K) ∆G°= -8,314. 503. ln(49) ∆G°= -16.275 Kj/ mol Tabela de informações: Espécie ∆H°f (KJ/mol) Bar PCl3(g) -267,8 0,13 bar Cl2(g) 0 0,51 bar PCl5(g) -305 1,42 bar Portanto: PCl3(g) = -267,8 KJ/mol – 0,13 bar Cl2(g) = 0 KJ/mol – 0,51 bar PCl5(g) = -305 KJ/mol – 1,42 bar Sabendo que: ∆ = Variação entre energia livre dos produtos menos a dos reagentes: PCl3 (g) + Cl2 (g) ↔ PCl5 (g) -267, 8 kj/mol -305 kj/mol ∆G° = ∑nGi - ∑nGi Prod. - Reag. ∆G° = (-305 KJ/mol) – (-267, 8 KJ/mol + 0 KJ/mol) ∆G° = -37, 2 Obs: Converter o resultado para Kg, já que o valor dado foi em Kj. Portanto: ∆G° = -37,2/1000 ∆G° = -37,2. 10-3 1° Momento: Calcular o valor de Q: (Q = P(Produtos) /P(Reagentes)). PCl3 (g) + Cl2 (g) ↔ PCl5 (g) Q = P (PCl5)/P (PCl3). PCl2 Q = 1, 42/ 0, 13. 0, 51 Q = 1, 42/ 0, 0663 Q = 21, 41 2° Momento: Calcular a derivação de energia. ∆G= +R. T. ln(Q) ∆G= -37,2. 10-3 + (8,314). (503). ln (21,41) ∆G= -24,4 KJ/ mol. O ∆G é menor que zero (∆G<0) consequentemente esse processo é espontâneo e está se deslocando em direção aos produtos.
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