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Energia Livre de Gibbs, G Multiplicar tudo por -T -TS univ = H sistema - TS sistema -TS univ = variação da energia livre de Gibbs para o sistema = G sistema.

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1 Energia Livre de Gibbs, G Multiplicar tudo por -T -TS univ = H sistema - TS sistema -TS univ = variação da energia livre de Gibbs para o sistema = G sistema Sob condições padrão Sob condições padrão G o sistema = H o sistema - TS o sistema S univ = S viz + S sistema

2 G o = H o - TS o Variação da energia livre de Gibbs = variação total de energia do sistema – energia perdida no desordenamento do sistema Se a reação é : exotérmica (H o negativo) (energia é dispersada)exotérmica (H o negativo) (energia é dispersada) e a entropia aumenta (S o positivo) (matéria é dispersada)e a entropia aumenta (S o positivo) (matéria é dispersada) então G o tem que ser NEGATIVOentão G o tem que ser NEGATIVO a reação é espontânea e produto-favorecida

3 G o = H o - TS o Variação da energia livre de Gibbs = variação total de energia do sistema – energia perdida no desordenamento do sistema Se a reação é : endotérmica (H o positivo)endotérmica (H o positivo) e a entropia diminui (S o negativo)e a entropia diminui (S o negativo) então G o tem que ser POSITIVOentão G o tem que ser POSITIVO a reação não é espontânea (e é reagente-favorecida)

4 Energia Livre de Gibbs, G HoHoHoHo SoSoSoSo GoGoGoGoReação Exo (-)Aumenta (+)-Produto- favorecida Endo (+)Diminui (-)+Reagente- favorecida Exo (-)Diminui (-)?Dependente de T Endo (+)Aumenta (+)?Dependente de T G o = H o - TS o

5 Energia Livre de Gibbs, G G o = H o - TS o G o = H o - TS o Há dois métodos de se calcular G o a)Determinar H o reação e S o reação e usar a equação de Gibbs. b)Usar valores tabelados de energia livre de formação, G f o. G o reação = G f o (produtos) - G f o (reagentes)

6 Energia Livre de Formação Note que G˚ f para substância simples = 0

7 Cálculo de G o reação Combustão do acetileno C 2 H 2 (g) + 5/2 O 2 (g) --> 2 CO 2 (g) + H 2 O(g) Use entalpias de formação para calcular H o reação = kJ H o reação = kJ Use entalpias molares padrão para calcular S o reação = -97,4 J/K ou -0,0974 kJ/K G o reação = kJ - (298 K)(-0,0974 J/K) = kJ A reação é produto-favorecida apesar do S o reação negativo. A reação é movida a entalpia

8 Cálculo de G o reação A dissolução do nitrato de amônio é produto- favorecida? Caso seja, ela é movida a entalpia ou a entropia? NH 4 NO 3 (s) + calor ---> NH 4 NO 3 (aq)

9 Cálculo de G o reação Nas tabelas de dados termodinâmicos, encontramos que H o reação = +25,7 kJ H o reação = +25,7 kJ S o reação = +108,7 J/K ou +0,1087 kJ/K G o reação = +25,7 kJ - (298 K)(+0,1087 J/K) = -6,7 kJ = -6,7 kJ A reação é produto-favorecida apesar do H o reação negativo. A reação é movida a entropia NH 4 NO 3 (s) + calor ---> NH 4 NO 3 (aq)

10 Energia Livre de Gibbs, G G o = H o - TS o G o = H o - TS o Há dois métodos de se calcular G o a)Determinar H o reação e S o reação e usar a equação de Gibbs. b)Usar valores tabelados de energia livre de formação, G f o. G o reação = G f o (produtos) - G f o (reagentes)

11 Cálculo de G o reação Combustão do carbono C(grafite) + O 2 (g) --> CO 2 (g) G o reação = G f o (CO 2 ) - [G f o (graf.) + G f o (O 2 )] G o reação = -394,4 kJ - [ 0 + 0] Note que a energia livre de formação de uma substância simples é 0. G o reação = -394,4 kJ A reação é produto-favorecida conforme o esperado G o reação = G f o (produtos) - G f o (reagentes)

12 Energia Livre e Temperatura 2 Fe 2 O 3 (s) + 3 C(s) ---> 4 Fe(s) + 3 CO 2 (g) H o reação = +467,9 kJ S o reação = +560,3 J/K G o reação = +300,8 kJ A reação é reagente-favorecida a 298 K A que temperatura o G o reação muda de (+) para (-)? Quando G o reação = 0 = H o reação - TS o reação

13 Você quer mais? Com certeza!

14 OU

15 Você viu o tricolor ontem? Com certeza!

16 FATO: G o reação é a variação de energia livre quando reagentes puros são TOTALMENTE convertidos em produtos puros. FATO: G o reação é a variação de energia livre quando reagentes puros são TOTALMENTE convertidos em produtos puros. FATO: Sistemas produto-favorecidos apresentam K eq >1. FATO: Sistemas produto-favorecidos apresentam K eq >1. Portanto ambos, G˚ reação e K eq estão relacionados à espontaneidade da reação. Portanto ambos, G˚ reação e K eq estão relacionados à espontaneidade da reação. Termodinâmica e K eq

17 K eq está relacionado à espontaneidade da reação, e portanto a G o reação. Quanto maior o valor de K, mais negativo é o valor de G o reação G o reação = - RT lnK G o reação = - RT lnK onde R = 8,31 J/Kmol Termodinâmica e K eq

18 Calcule K para a reação N 2 O 4 --->2 NO 2 G o reação = +4,8 kJ G o reação = J = - (8,31 J/K)(298 K) ln K G o reação = - RT lnK Termodinâmica e K eq K = 0,14 Quando G o reação > 0, então K 0, então K < 1

19 G, G˚, e K eq G é a variação de energia livre fora das condições padrão.G é a variação de energia livre fora das condições padrão. G é relacionado a G˚G é relacionado a G˚ G = G˚ + RT ln Q onde Q = quociente de reaçãoG = G˚ + RT ln Q onde Q = quociente de reação Quando Q K, a reação é espontânea.Quando Q K, a reação é espontânea. Quando Q = K a reação está em equilíbrioQuando Q = K a reação está em equilíbrio Quando G = 0 a reação está em equilíbrioQuando G = 0 a reação está em equilíbrio Portanto, G˚ = - RT ln KPortanto, G˚ = - RT ln K

20 But systems can reach equilibrium when reactants have NOT converted completely to products. In this case G rxn is < G o rxn, so state with both reactants and products present is MORE STABLE than complete conversion. G, G˚, e K eq Figure 19.10

21 Reação produto- favorecida –G o e K > 1 Neste caso, G reação é < G o rxn portanto o estado com a presença tanto de reagentes quanto de produtos é MAIS ESTÁVEL do que a conversão completa. G, G˚, e K eq

22 Reação produto-favorecida. 2 NO 2 ---> N 2 O 4 G o reação = – 4,8 kJ Aqui G reação é menor do que G o reação, portanto o estado com reagente e produtos presentes é mais estável do que a conversão completa. G, G˚, e K eq

23 Reação reagente-favorecida. N 2 O 4 --->2 NO 2 G o rxn = +4,8 kJ Aqui G o reação é maior do que G rxn, portanto o estado com reagente e produtos presentes é mais estável do que a conversão completa. G, G˚, e K eq

24 K eq está relacionado ao favorecimento da reação. K eq está relacionado ao favorecimento da reação. Quando G o reação < 0, a reação se move energeticamente ladeira abaixo Quando G o reação < 0, a reação se move energeticamente ladeira abaixo G o reação é a variação da energia livre quando os reagentes sãop convertidos TOTALMENTE em produtos G o reação é a variação da energia livre quando os reagentes sãop convertidos TOTALMENTE em produtos Termodinâmica e K eq


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