Metas
1. Calcular la energía libre de Gibbs usando la fórmula ΔG = ΔH - TΔS.
2. Determinar si una reacción química ocurre de manera espontánea según el valor obtenido para la energía libre de Gibbs.
3. Reforzar la comprensión de conceptos termodinámicos como la entalpía (ΔH) y la entropía (ΔS).
4. Desarrollar habilidades para resolver problemas aplicados a la química.
Contextualización
La energía libre de Gibbs es un concepto clave en la termoquímica, esencial para entender cómo y por qué suceden las reacciones químicas. Imaginemos una reacción química como una travesía: la energía libre de Gibbs nos dice si ese viaje puede hacerse sin ayuda o si tenemos que ponerle un empujón extra. Este concepto es aplicable en múltiples áreas, desde la fabricación de medicamentos hasta la producción de energía, impactando de manera directa en la eficacia y viabilidad de los procesos químicos. Por ejemplo, en la industria farmacéutica, la energía libre de Gibbs sirve para predecir qué reacciones son más eficientes para la síntesis de medicamentos. En el ámbito energético, contribuye a mejorar la eficiencia de celdas de combustible y baterías, favoreciendo tecnologías más sustentables.
Relevancia del Tema
¡Para Recordar!
Energía Libre de Gibbs (ΔG)
La energía libre de Gibbs es una función termodinámica que combina la entalpía (ΔH) y la entropía (ΔS) de un sistema para predecir si una reacción química ocurre de manera espontánea. Se calcula con la fórmula ΔG = ΔH - TΔS. Un valor de ΔG negativo indica que la reacción es espontánea, mientras que un valor positivo indica que se necesita energía externa para que ocurra.
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La fórmula ΔG = ΔH - TΔS es clave para calcular la energía libre de Gibbs.
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ΔG negativo: Reacción espontánea.
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ΔG positivo: Reacción no espontánea.
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Importancia en predecir la viabilidad de procesos químicos.
Entalpía (ΔH)
La entalpía es el total de energía de un sistema, que incluye la energía interna y la energía necesaria para desplazar el entorno y hacer espacio. En las reacciones químicas, el cambio en entalpía (ΔH) indica si la reacción es exotérmica (libera calor) o endotérmica (absorbe calor).
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ΔH negativo: Reacción exotérmica (libera calor).
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ΔH positivo: Reacción endotérmica (absorbe calor).
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Importancia en la evaluación del calor implicado en las reacciones químicas.
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Contribución significativa a la determinación de ΔG.
Entropía (ΔS)
La entropía es una medida del desorden o aleatoriedad de un sistema. El cambio en entropía (ΔS) durante una reacción química indica si el sistema se vuelve más ordenado o más desordenado. Generalmente, los procesos que aumentan la entropía (ΔS positivo) son más favorecidos.
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ΔS positivo: Aumento del desorden en el sistema.
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ΔS negativo: Disminución del desorden en el sistema.
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Las reacciones que aumentan la entropía suelen ser más espontáneas.
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Relevancia en predecir la espontaneidad de las reacciones químicas.
Aplicaciones Prácticas
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En la industria farmacéutica, la energía libre de Gibbs se usa para predecir la efectividad de las reacciones en la síntesis de medicamentos, asegurando procesos viables y económicos.
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En las celdas de combustible, la energía libre de Gibbs ayuda a determinar la eficiencia de las reacciones involucradas en la producción de energía, contribuyendo al desarrollo de tecnologías más sostenibles.
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La optimización de procesos industriales, como la producción de amoníaco a través del proceso Haber-Bosch, se basa en la energía libre de Gibbs para maximizar la eficiencia y minimizar el consumo energético.
Términos Clave
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Energía Libre de Gibbs (ΔG): Función termodinámica que combina entalpía y entropía para prever la espontaneidad de una reacción.
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Entalpía (ΔH): Total de energía de un sistema, que indica si una reacción es exotérmica o endotérmica.
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Entropía (ΔS): Medida del desorden o aleatoriedad de un sistema, indicando si es más ordenado o desordenado.
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Espontaneidad: Capacidad de una reacción química para ocurrir sin energía externa, determinada por el valor de ΔG.
Preguntas para la Reflexión
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¿Cómo puede la comprensión de la energía libre de Gibbs ayudar a optimizar procesos industriales y desarrollar nuevas tecnologías?
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¿De qué manera influye la variación de temperatura en la espontaneidad de una reacción química y, por ende, en la eficiencia de los procesos industriales?
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¿Cuáles son los principales desafíos que se presentan al aplicar los conceptos de energía libre de Gibbs en situaciones reales, como en la industria farmacéutica o en la producción de energía?
Desafío Práctico: Cálculo de la Energía Libre de Gibbs
En este mini-desafío, aplicarás los conceptos aprendidos para calcular la energía libre de Gibbs de una reacción simple y determinar su espontaneidad.
Instrucciones
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Reúne los siguientes materiales: vinagre, bicarbonato de sodio, termómetro, vaso de precipitados, balanza y cronómetro.
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Mide la temperatura inicial del vinagre y anótala.
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Agrega una cantidad conocida de bicarbonato de sodio al vinagre y mide la temperatura final de la mezcla.
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Calcula el cambio en entalpía (ΔH) usando la fórmula Q = mcΔT, donde m es la masa del vinagre, c es el calor específico y ΔT es el cambio en temperatura.
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Estimá el cambio en entropía (ΔS) según la información que te brinde el docente.
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Utiliza la fórmula ΔG = ΔH - TΔS, considerando la temperatura en Kelvin, para calcular la energía libre de Gibbs.
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Determina si la reacción es espontánea o no, con base en el valor de ΔG.
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Presenta tus resultados y discute las implicaciones de una reacción espontánea en los procesos industriales.
