Efeitos da Temperatura na Energia Livre

Para que uma reação seja espontânea a temperatura e a pressão constantes, a alteração da energia livre de Gibbs, ΔG, deve ser inferior a zero. O sinal de ΔG depende do os sinais e os valores relativos de entalpia, entropia, e temperatura. A entalpia favorece a espontaneidade quando a reação liberta calor para o meio envolvente, enquanto a entropia favorece a espontaneidade quando há mais desordem no sistema.

Se ΔH for negativo e ΔS for positivo, como na reação entre o hidróxido de sódio e ácido clorídrico, ΔG é negativo em todas as temperaturas. Assim, as reações exotérmicas onde a entropia do sistema aumenta são sempre espontâneas. Se tanto ΔH como ΔS forem negativos, ΔG depende da temperatura.

Consideremos o congelamento de água em gelo, uma reação exotérmica onde a entropia do sistema diminui. A temperaturas abaixo do ponto de congelação da água, a água irá congelar espontaneamente, libertando calor e tornando-se mais ordenado. Assim, as reações com alterações negativas de entalpia e entropia são apenas espontâneas a baixas temperaturas.

ΔG está também dependente da temperatura, se tanto ΔH como ΔS forem positivos. Um exemplo comum é uma embalagem química fria, onde o nitrato de amónio sólido dissolve-se na água, que absorve o calor do meio envolvente. Esta reação endotérmica procede espontaneamente à temperatura ambiente devido ao aumento da desordem do sistema.

Assim, as reações com alterações positivas de entalpia e entropia são apenas espontâneas a temperaturas mais elevadas. Se a temperatura fosse baixada de tal forma a que o TΔS se torne menor do que ΔH, ΔG seria positivo, e a reação seria não espontânea. Quando ΔH é positivo e ΔS é negativo, ΔG é sempre positivo, e a reação é não espontânea em todas as temperaturas.