Energia libera di reazione

L'energia libera di reazione è la variazione di energia libera di una reazione chimica. E' uguale alla differenza tra l'energia libera dei prodotti Gprodotti e l'energia libera dei reagenti Greagenti moltiplicate per i relativi coefficienti stechiometrici (i). $$ \Delta G = \sum i \cdot G_{prodotti} - \sum i \cdot G_{reagenti} $$

Permette di capire se una reazione avviene spontaneamente oppure no

  • Se ΔG<0 i reagenti sono convertiti spontaneamente nei prodotti
  • Se ΔG>0 la reazione non avviene spontaneamente.
  • Se ΔG=0 il sistema è in equilibrio.

Se la reazione chimica è la reazione di formazione di una sostanza, si parla di energia libera di formazione.

Un esempio pratico

Data una reazione chimica

$$ 2NO(g) + O_2(g) \rightarrow 2NO_2 $$

La variazione di energia libera standard ΔG° è

$$ \Delta G° = \sum i \cdot G°_{prodotti} - \sum i \cdot G°_{reagenti} $$

$$ \Delta G° = 2 \cdot G°(NO_2) - [ 2 \cdot G°(NO) + G(O_2) ] $$

$$ \Delta G° = 2 \cdot G°(NO_2) - 2 \cdot G°(NO) - G(O_2) $$

La variazione di energia libera di una sostanza elementare è nulla.

Quindi, G°(NO2)=0.

$$ \Delta G° = 2 \cdot G°(NO_2) - 2 \cdot G°(NO) $$

Sostituendo i valori di G°(NO2)=51,3 kJ/mol e G°(NO)=87,6 kJ/mol si ottiene la variazione di energia libera della reazione chimica.

$$ \Delta G° = 2 \cdot 51,3 \: kJ/mol - 2 \cdot 87,6 \: kJ/mol $$

$$ \Delta G° = -72,6 \: kJ/mol $$

L'energia libera di formazione

L'energia libera di formazione di una sostanza è la variazione di energia libera standard della reazione di formazione della sostanza a partire degli elementi che la compongono. Si indica con ΔGf°.

Per convenzione l'energia libera molare standard di formazione delle sostanze elementari è zero a qualsiasi temperatura (ΔGf=0).

Pertanto la variazione dell'energia libera standard ΔGf° di un composto è uguale al valore assoluto dell'energia libera standard Gf°

$$ \Delta G°_f = \sum i \cdot G°_{f\: prodotti} - \sum i \cdot G°_{f \: reagenti} $$

$$ \Delta G°_f = \sum i \cdot G°_{f\: prodotti} - 0 $$

$$ \Delta G°_f = G°_f $$

Un esempio pratico

Prendo in considerazione la reazione chimica di formazione di una molecola di CO2.

$$ C + O_2 \rightarrow CO_2 $$

Per calcolare l'energia libera standard di formazione applico la formula

$$ \Delta G°_f = \sum i \cdot G°_{prodotti} - \sum i \cdot G_{reagenti} $$

$$ \Delta G°_f = G(CO_2) - [ G(C) + G(O_2) ] $$

La variazione di energia libera standard di formazione della molecola CO2 è ΔG°f -395 kJ/mol

$$ \Delta G°_f = -395 kJ/mol - [ G(C) + G(O_2) ] $$

Le variazioni di energia libera standard di formazione dell'atomo di carbonio e della molecola di ossigeno sono pari a zero ( ΔG°f = 0 kJ/mol ) perché sono sostanze elementari e per convenzioni sono nulle.

$$ \Delta G°_f = -395 kJ/mol - [ 0 + 0 ] $$

$$ \Delta G°_f = -395 kJ/mol $$

Quindi, la variazione di energia libera della reazione di formazione è ΔGf°=G°f

Inoltre, la reazione è spontanea perché ΔG°f <0.

E così via.


 
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