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Reacciones redox

Ejercicios: celdas electroquímicas y espontaneidad de los procesos redox

Ejercicio 1

En este ejercicio se comprueba cómo construir una pila a partir de dos pares redox determinados:

Ejercicios-pilas-01

Ejercicio 2

Ejercicios-pilas-02

Ejercicio 3

Ejercicios-potenciales-reduccion-001

Ejercicio 4

Al igual que en las pilas, los potenciales estándar de reducción nos permiten predecir la espontaneidad de un reacción redox:

Ejercicios-potencial-estandar-espontaneidad

Ejercicio 5

Cuando la reacción transcurre en condiciones no estándar recurrimos a la ecuación de Nernst:

Ejercicios-ecuacion-nernst

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Termoquímica

Ejercicios de energía libre de Gibbs y espontaneidad de las reacciones

cUESTIONES

Ejercicios-espontaneidad-cuestion-1

Ejercicios-espontaneidad-cuestion-2

Ejercicios-espontaneidad-cuestion-3

Ejercicio 1

Presta atención a las unidades: la energía libre de Gibbs y la entalpía suelen expresarse en kJ/mol pero la entropía en J/mol·K.

Ejercicio-entropia-espontaneidad

Ejercicio 2

ejercicios-espontaneidad-temperatura

Ejercicio 3

Ejercicio-espontaneidad

Ejercicio 4

Ejercicio-termoquimica-entalpia-entropia-espontaneidad

Ejercicio 5

Ejercicio-termoquimica-entalpia-entropia-espontaneidad2

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Termoquímica

La energía libre de Gibbs y la espontaneidad de las reacciones

Energía libre de Gibbs

La energía o entalpía libre de Gibbs (G) es otra magnitud termodinámica extensiva que se define como:

energia-libre-gibbs

Como ocurre con la energía interna o la entalpía, no puede medirse directamente, pero sí es posible conocer la variación de entalpía libre en un proceso. A presión y temperatura constante, se puede calcular mediante la ecuación de Gibbs-Helmholtz:

ecuacion-gibbs-helmotz

Siendo ΔH la variación de entalpía total del proceso, el producto ΔS mide el cambio de entalpía como consecuencia de la reorganización de los átomos y la diferencia entre ambas es la variación de entalpía realmente disponible o entalpía libre del proceso.

Energía libre de gibbs estándar de reacción

Al igual que hemos hecho con otras magnitudes, definimos la energía libre de Gibbs estándar de una sustancia como la energía libre de Gibbs medida en condiciones estándar de presión (1 bar o 1 atm) y temperatura (25 ºC) en el estado físico en que dicha sustancia es estable en esas condiciones.

La energía libre de Gibbs estándar de formación será la variación de energía libre del proceso de formación de un mol de una determinada sustancia a partir de sus elementos, en condiciones estándar.

Y la energía libre de Gibbs estándar de una reacción es la variación de energía libre en una reacción en la que unos reactivos en estado estándar se transforman en ciertos productos en estado estándar y que, al ser una función de estado, se puede calcular así:

energia-libre-gibbs-estandar-reaccion

Como puedes comprobar, esta expresión, y la notación empleada, es análoga a la que hemos visto, por ejemplo, para la entalpía.

Espontaneidad de una reacción

En un sistema aislado la variación de entropía nos permite determinar su espontaneidad. Sin embargo, si no se trata de un sistema asilado, debemos evaluar también la variación de entropía que tiene lugar en su entorno, lo cual puede resultar complicado.

Una reacción química está asociada a una variación de entalpía, por lo que no constituye un sistema aislado, ya que se produce un intercambio de energía con el entorno. Así, la magnitud que nos permite determinar la espontaneidad de una reacción es la energía libre de Gibbs:

espontaneidad-reaccion-gibbs

  • Si la variación de la energía libre de Gibbs es negativa (proceso exergónico) la reacción será espontánea.
  • Si la variación de la energía libre de Gibbs es positiva (proceso endergónico) la reacción no será espontánea (la reacción inversa sí)
  • Si no hay variación en la energía libre de Gibbs el sistema se encuentra en equilibrio

Teniendo en cuenta la definición de la entalpía libre de Gibbs, podemos hacer un estudio de la espontaneidad de un proceso, que resumimos en la siguiente tabla:

criterio-espontaneidad

energia-gibbs-espontaneidad

Puedes encontrar unos ejercicios sobre la energía libre de Gibbs aquí.