Calcolo delle variazioni standard di energia libera

La variazione di energia libera standard per una reazione chimica che si verifica in condizioni standard può essere calcolata in tre modi. Il primo metodo utilizza l'equazione per il delta G standard della reazione. Considerate la formazione di carbonato di calcio da ossido di calcio e anidride carbonica.

La variazione dell'entalpia standard della reazione può essere calcolata dai calori di formazione dei composti nella reazione, e la variazione di entropia standard può essere calcolata dalle loro entropie molari standard. Usando i valori delle tabelle di riferimento, è possibile determinare, la variazione di entalpia standard, e la variazione di entropia standard per la reazione. Sostituendo questi valori nell'equazione per la variazione dell'energia libera standard, il delta G standard della reazione a 298 kelvin è uguale a 130, 7 10³joule.

Nel secondo metodo, la variazione di energia libera standard di una reazione è calcolata dalla differenza fra la somma delle energie libere di formazione dei prodotti moltiplicata per i loro coefficienti stechiometrici, e la somma delle energie libere di formazione dei reagenti moltiplicata per i loro coefficienti stechiometrici. Si consideri, per esempio, la reazione fra i gas idrogeno e cloro per formare due moli di gas di acido cloridrico. Come l'entalpia di formazione, l'energia libera standard di formazione di un elemento puro è zero.

Pertanto, le energie libere di formazione dei gas di idrogeno e cloro sono zero, mentre quella del gas di acido cloridrico è 95, 3 kilojoule. Quindi, l'energia libera di questa reazione è pari a 2 volte l'energia libera di formazione di acido cloridrico gassoso, o 190, 6 kilojoule. Ricordiamo dalla legge di Hess che per una reazione graduale, la variazione di entalpia netta può essere calcolata dalla somma delle entalpie di ogni gradino.

Il terzo metodo calcola la variazione netta di energia libera per una reazione in modo simile. Considerate la combustione del solfuro di zinco;per produrre zinco metallico e anidride solforosa gassosa, che può essere effettuata in due fasi con energie libere standard note. Aggiungendo i cambiamenti di energia libera delle reazioni, si ottiene un delta G complessivo di 98, 8 kilojoule.

Notate che il passaggio 1 non è spontaneo. Accoppiandola con la reazione spontanea nella fase 2, la reazione netta ha un delta G negativo ed è quindi spontanea.