Resumo de Termoquímica: Energia Livre de Gibbs

TÓPICOS

O que é Energia Livre de Gibbs e como ela determina a espontaneidade de uma reação?
Como a entalpia e a entropia influenciam a Energia Livre de Gibbs?
Quais as condições termodinâmicas de temperatura e pressão afetam a espontaneidade?

Energia Livre de Gibbs (ΔG): ΔG = ΔH - TΔS
- Onde ΔG é a energia livre de Gibbs, ΔH é a mudança na entalpia, T é a temperatura em Kelvin, e ΔS é a mudança na entropia.
Condição de Espontaneidade:
- Reações espontâneas: ΔG < 0
- Reações não espontâneas: ΔG > 0
- Equilíbrio: ΔG = 0

Energia Livre de Gibbs (ΔG): Quantidade de energia capaz de realizar trabalho durante uma reação a constante temperatura e pressão. É o critério fundamental para a espontaneidade de reações.
Espontaneidade de Reações: Refere-se a uma reação que ocorre naturalmente sem a necessidade de energia externa adicional.
Entalpia (H): Representa o calor trocado em um processo a pressão constante.
Entropia (S): Medida da desordem ou aleatoriedade em um sistema.
Exergônico: Reação que libera energia para o ambiente (ΔG negativo).
Endergônico: Reação que absorve energia do ambiente (ΔG positivo).

A espontaneidade de uma reação não está ligada à velocidade da reação, mas à tendência natural de ocorrer sem intervenção externa.
A relação entre entalpia e entropia é crucial. Reações que liberam calor (ΔH negativo) e aumentam a desordem (ΔS positivo) tendem a ser espontâneas.
Temperatura (T) é um fator determinante na espontaneidade de uma reação. Em altas temperaturas, a entropia tem uma influência maior.

Definição e Cálculo de ΔG: Explicação da fórmula ΔG = ΔH - TΔS e como ela reflete a espontaneidade.
Sinais de ΔG:
- ΔG negativo (exergônico): indica que a reação ocorre espontaneamente.
- ΔG positivo (endergônico): indica que a reação não é espontânea.
- ΔG igual a zero: indica que a reação está em equilíbrio, sem tendência a prosseguir nem reverter.
Fatores que Afetam ΔG:
- Mudanças na entalpia (ΔH), que podem ser influenciadas por ligações químicas formadas ou rompidas.
- Mudanças na entropia (ΔS), que podem ser afetadas pela complexidade das moléculas ou pelo estado de matéria.
- A temperatura (T), que pode favorecer processos endotérmicos ou exotérmicos.

Exemplo de Reação Exergônica:
- Combustão de hidrocarbonetos (como gasolina): ΔH é negativo devido à liberação de calor; ΔS é positivo pela produção de gases a partir de líquidos; ΔG é negativo, indicando espontaneidade.
Exemplo de Reação Endergônica:
- Fotossíntese: ΔH é positivo porque a energia é absorvida; ΔS pode ser negativo ou pouco positivo devido à formação de substâncias mais organizadas a partir do CO₂ e água; ΔG é positivo em condições padrão, indicando não espontaneidade sem a energia solar.
Equilíbrio Químico:
- Quando a reação atinge o equilíbrio, ΔG é zero, e não há mais trabalho útil sendo realizado, significando que não há tendência de avançar para os produtos ou regredir para os reagentes sem uma mudança externa.

Energia Livre de Gibbs (∆G) é o critério termodinâmico para avaliar a espontaneidade de uma reação, considerando energia disponível para realizar trabalho.
Entalpia (∆H) refere-se ao calor envolvido em uma reação química a pressão constante, sinalizando processos exotérmicos ou endotérmicos.
Entropia (∆S) é uma medida da dispersão energética ou desordem, essencial para prever mudanças na espontaneidade com a variação da temperatura.
Temperatura (T) é um componente crucial na fórmula de ∆G, que pode alterar a direção da espontaneidade com base na influência da entropia.
A fórmula ∆G = ∆H - T∆S une essas variáveis, permitindo calcular a energia livre de Gibbs e prever se uma reação ocorrerá espontaneamente ou não.

Reações com ∆G negativo são espontâneas, liberando energia livre para o ambiente e são chamadas de exergônicas.
Reações com ∆G positivo não são espontâneas sem a adição de energia externa, classificadas como endergônicas.
Equilíbrio químico é alcançado quando ∆G é igual a zero, não havendo mais transformação líquida de reagentes em produtos.
O entendimento de como a entalpia, entropia e temperatura influenciam ∆G é crucial para prever a direção e a espontaneidade de reações químicas.
A aplicação prática do cálculo de ∆G fortalece a capacidade de prever o comportamento das reações em diferentes condições termodinâmicas.