Introdução à energia livre de Gibbs

RKA3JV - Olá, tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma aula de Ciências da Natureza. Nesta aula, vamos realizar uma introdução ao estudo da energia livre de Gibbs. A energia livre de Gibbs costuma ser simbolizada pela letra "G" e a variação da energia livre de Gibbs costuma ser simbolizada pelo ΔG. Inclusive, a variação da energia livre ΔG é igual à variação da entalpia ΔH, menos a temperatura em Kelvin, vezes a variação na entropia ΔS. Quando o ΔG é menor que zero, um processo químico ou físico é favorecido na direção direta. Portanto, dizemos que o processo direto é termodinamicamente favorecido. Como exemplo, se a gente olhar para uma reação onde os reagentes se transformam em produtos, se ΔG for menor que zero, a reação direta é termodinamicamente favorecida. Ou seja, a reação irá para a direita para produzir mais produtos. Os livros didáticos costumam usar a palavra espontâneo. Assim, quando ΔG é menor que zero, a reação é espontânea no sentido direto. Quando ΔG é maior que zero, o processo químico ou físico é favorecido no sentido inverso. Portanto, o processo direto não é a favorecido termodinamicamente. Voltando a nossa reação. Por exemplo, se ΔG for maior que zero, isso significa que a reação inversa é favorecida, o que favorece a formação dos reagentes. Para este exemplo, os livros costumam dizer que a reação não é espontânea na direção direta. O que significa que a reação é espontânea na direção inversa. Agora, quando o ΔG é igual a zero, o processo químico ou físico está em equilíbrio. Sendo assim, para a nossa reação química, se ΔG for igual a zero, a reação está em equilíbrio e a concentração de reagentes e produtos permanecerá constante. Um detalhe importante que eu preciso comentar aqui é que quando vemos ΔG com zero sobrescrito, estamos falando sobre a variação na energia livre de Gibbs quando as substâncias estão em seus estados padrão. Por convenção, o estado padrão de um sólido ou líquido se refere ao sólido puro ou ao líquido puro sob a pressão de uma atmosfera. O estado padrão de um gás também se refere ao gás puro a uma pressão de uma atmosfera. Agora, o estado padrão de uma solução se refere a uma concentração de um molar. Se nossas substâncias estiverem no estado padrão, podemos adicionar um zero sobrescrito à equação que vimos antes. Assim, podemos calcular ΔG⁰, a variação padrão da energia livre, obtendo a variação padrão da entalpia e disso subtrair a temperatura absoluta em Kelvin vezes a variação padrão da entropia. Quando as substâncias estão em seus estados padrão, ΔG⁰ é igual a ΔG. Portanto, podemos dizer que se ΔG⁰ é menor que zero, se estamos falando de uma reação, a reação é termodinamicamente favorecida no sentido direto. Agora, se ΔG⁰ for maior que zero, a reação não é termodinamicamente favorecida no sentido direto. Agora que conversamos sobre tudo isso, vamos calcular ΔG⁰ para uma reação química. Para a nossa reação, vamos observar a síntese do gás fluoreto de hidrogênio a partir do gás hidrogênio e do gás flúor. O nosso objetivo é calcular o ΔG⁰ para esta reação a 25 graus Celsius. Sabemos que ΔH⁰, para essa reação a 25 graus Celsius, é igual a -537,2 quilojoules por mol de reação. E que ΔS⁰, para esta reação a 25 graus Celsius, é igual a 13,7 joules por Kelvin mol de reação. O que precisamos fazer aqui é colocar tudo isso em nossa equação. Então, para calcular ΔG⁰ para essa reação, precisamos substituir o ΔH⁰, o ΔS⁰ e a temperatura em Kelvin. Substituímos, inicialmente, o ΔH⁰ da reação em nossa equação. Isso é -537,2 quilojoules por mol de reação. Agora, vamos pensar na temperatura. A temperatura é 25 graus Celsius, mas precisamos convertê-la para Kelvin. Sendo assim, temos aqui 25 + 273 = 298 Kelvin. Feito isso, vamos pensar agora no ΔS⁰. Aqui temos que ter cuidado com as unidades, porque ΔH⁰ está em quilojoules e ΔS⁰ foi dado aqui em joules. O que podemos fazer é converter ΔS⁰ para quilojoules por Kelvin mol de reação. Para fazer isso, podemos dividir este número por mil ou podemos, simplesmente, mover a casa decimal 3 vezes para a esquerda. Assim, no lugar de 13,7 joules por Kelvin mol de reação, colocamos 0,0137 quilojoules por Kelvin por mol de reação. Olhando aqui para as nossas unidades, Kelvin se anula com Kelvin. Assim, ficamos com apenas quilojoules por mol de reação. Fazendo os cálculos temos que ΔG⁰, para esta reação, é igual a -541,3 quilojoules por mol de reação. Como ΔG⁰ para esta reação é negativo, isso significa que a reação direta é termodinamicamente favorecida. Assim, podemos pensar nos reagentes se unindo para formar os produtos. Um detalhe, como nós calculamos ΔG⁰, os reagentes e produtos estão em seus estados padrão. Enfim, o que o nosso cálculo significa aqui é que se tivéssemos uma mistura de gás hidrogênio, gás flúor e gás fluoreto de hidrogênio, e estivéssemos a uma temperatura de 25 graus Celsius e cada gás tivesse uma pressão parcial de 1 atmosfera, a reação direta seria termodinamicamente favorecida. O que significa que o gás hidrogênio e o gás flúor se uniriam para produzir mais fluoreto de hidrogênio. Eu espero que você tenha compreendido tudo direitinho o que conversamos aqui. E, mais uma vez, eu quero deixar para você um grande abraço e dizer que te encontro na próxima. Então, até lá!