Energía Libre y Equilibrio

Tanto la constante de equilibrio como el cambio de energía libre estándar pueden usarse para determinar si una reacción es a causa del producto o el reactivo. Para cualquier composición de la mezcla de reacción, el delta G para la reacción es la suma de la energía libre estándar y temperatura o RT multiplicada por el logaritmo natural del cociente de reacción. Cuando los reactivos y los productos están en equilibrio, el cambio de energía libre es cero y el cociente de reacción es igual a la constante de equilibrio.

Entonces, el cambio de energía libre estándar es igual a RT negativo en K.Si delta G cero es menor que cero, ln K es positivo, lo que significa que K es mayor que 1 En este caso, se favorece la formación del producto en equilibrio. Cuanto mayor sea la constante de equilibrio, más negativa será la energía libre. Tomemos, por ejemplo, la descomposición del tetróxido de dinitrógeno a 298 kelvin, en el que K es 1, 34 10¹⁷.

Si se sustituyen los valores conocidos en la ecuación, la energía libre estándar para la reacción es igual a 98 kilojulios por mol, y se favorece la formación de producto. Por el contrario, si delta G cero es mayor que cero, ln K es negativo, lo que significa que K es menor que 1 y se favorece la dirección inversa de la reacción. Considere la descomposición del gas trióxido de azufre a 298 kelvins, que tiene un delta G cero de 141, 6 kilojulios por mol.

La ecuación se puede reorganizar para que ln K sea igual a un delta negativo G sobre RT.Si se sustituyen los valores conocidos en la ecuación, y se eleva e a la potencia del resultado, K es muy pequeño, lo que indica que el reactivo está favorecido. En particular, si la temperatura varía, la constante de equilibrio también cambiará. La dependencia de la temperatura de la constante de equilibrio se puede derivar de la ecuación que relaciona directamente K con el delta G cero para la reacción.

El delta G cero se puede reemplazar por la entalpía estándar menos la temperatura multiplicada por la entropía estándar. Si se dividen ambos lados Por el RT negativo se obtiene que ln K es igual a delta H negativo sobre RT más delta S sobre R.Esta ecuación tiene la forma de una línea recta en la que el logaritmo natural de K se puede representar frente a la inversa de la temperatura en kelvin con una pendiente de delta H negativa sobre R y una intersección en y de delta S sobre R.Si los valores de K se miden a dos temperaturas ligeramente diferentes, este gráfico también se puede utilizar para calcular el cambio de entalpía, si asumimos que permanece constante en un rango de temperatura limitado.