17.7
Affinché una reazione sia spontanea a temperatura e pressione costanti, la variazione dell'energia libera di Gibbs, ΔG, deve essere inferiore a zero. Il segno di ΔG dipende dai segni e dai valori relativi di entalpia, entropia e temperatura. L'entalpia favorisce la spontaneità quando la reazione rilascia calore all'ambiente circostante, mentre l'entropia favorisce la spontaneità quando c'è più disordine nel sistema.
Se ΔH è negativo e ΔS è positivo, come nella reazione fra idrossido di sodio e acido cloridrico, ΔG è negativo a tutte le temperature. Pertanto, le reazioni esotermiche dove l'entropia del sistema aumenta sono sempre spontanee. Se sia ΔH che ΔS sono negativi, ΔG dipende dalla temperatura.
Si consideri il congelamento dell'acqua in ghiaccio, una reazione esotermica in cui l'entropia del sistema diminuisce. A temperature inferiori al punto di congelamento dell'acqua, l'acqua gelerà spontaneamente, rilasciando calore e diventando più ordinata. Pertanto, le reazioni con entalpia negativa e variazioni di entropia sono spontanee solo a basse temperature.
ΔG dipende anche dalla temperatura se sia ΔH che ΔS sono positivi. Un esempio comune è un impacco freddo chimico, in cui il nitrato di ammonio solido si dissolve in acqua, che assorbe il calore dall'ambiente circostante. Questa reazione endotermica procede spontaneamente a temperatura ambiente a causa dell'aumento del disordine del sistema.
Pertanto, le reazioni con entalpia positiva e cambiamenti di entropia sono spontanee solo a temperature più elevate. Se la temperatura venisse abbassata in modo tale che il TΔS diventi inferiore a ΔH, ΔG sarebbe positivo, e la reazione diventerebbe non spontanea. Quando ΔH è positivo e ΔS è negativo, ΔG è sempre positivo e la reazione è non spontanea a tutte le temperature.
La spontaneità di un processo dipende dalla temperatura del sistema. Le transizioni di fase, ad esempio, procederanno spontaneamente in una direzione…
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