Como determinar se uma reação química é espontânea

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Por John Brennan – Atualizado em 30 de agosto de 2022

Saber se uma reação ocorrerá por si só é a base da química. Uma reação que ocorre sem entrada de energia externa é denominada termodinamicamente espontânea. O principal indicador de espontaneidade é a mudança padrão de energia livre de Gibbs, ΔG°, que compara a energia livre de produtos e reagentes em seus estados padrão. Um ΔG° negativo sinaliza uma reação espontânea conforme está escrito; um valor positivo indica que a reação não é espontânea nas condições consideradas.

Etapa 1 – Escreva a equação balanceada

Comece escrevendo uma equação química completa e balanceada para a reação. Se você precisar se atualizar sobre como fazer isso, consulte o recurso introdutório no link abaixo. Por exemplo, a combustão do metano é escrita como:

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Etapa 2 – Recuperar dados termodinâmicos

Abra o NIST Chemical WebBook (um banco de dados confiável e oficial). Pesquise cada espécie em sua equação para obter os valores da entalpia de formação padrão, ΔfH°, e da entropia molar padrão, S°. Eles normalmente são listados em kJmol⁻ⁱ e Jmol⁻ⁱK⁻ⁱ, respectivamente.

Etapa 3 – Calcular a entalpia padrão da reação

Some os valores de ΔfH° de todos os produtos e depois some os de todos os reagentes. Subtraia o total dos reagentes do total dos produtos para obter a variação de entalpia padrão, ΔH°:

ΔH° =ΣΔfH°(produtos) – ΣΔfH°(reagentes)

Exemplo para combustão de metano:

ΔfH°(CH₄) =–74,5 kJmol⁻ⁱ
ΔfH°(CO₂) =–393,5 kJmol⁻ⁱ
ΔfH°(H₂O, l) =–285,8 kJmol⁻ⁱ
ΔfH°(O₂, g) =0 (por definição)

Produtos:–393,5 + 2(–285,8) =–965,1 kJmol⁻ⁱ
Reagentes:–74,5 kJmol⁻ⁱ
ΔH° =–965,1 – (–74,5) =–890,6 kJmol⁻ⁱ

Etapa 4 – Calcular a variação da entropia padrão

Some os valores S° dos produtos e reagentes separadamente e, em seguida, subtraia os reagentes dos produtos para encontrar ΔS°:

ΔS° =ΣS°(produtos) – ΣS°(reagentes)

Valores de exemplo:

S°(CH₄) =186,25 Jmol⁻ⁱK⁻ⁱ
S°(CO₂) =213,79 Jmol⁻ⁱK⁻ⁱ
S°(H₂O, l) =69,95 Jmol⁻ⁱK⁻ⁱ
S°(O₂, g) =205,15 Jmol⁻ⁱK⁻ⁱ

Reagentes:186,25 + 2(205,15) =596,55 Jmol⁻ⁱK⁻ⁱ
Produtos:2(69,95) + 213,79 =353,69 Jmol⁻ⁱK⁻ⁱ
ΔS° =353,69 – 596,55 =–242,86 Jmol⁻ⁱK⁻ⁱ

Etapa 5 – Converter alteração de entropia em kJmol⁻ⁱ

Multiplique ΔS° pela temperatura absoluta (298,15K para temperatura ambiente) e divida por 1000 para alinhar as unidades com ΔH°:

(–242,86 Jmol⁻ⁱK⁻ⁱ) × 298,15K ÷ 1000 =–72,41 kJmol⁻ⁱ

Etapa 6 – Calcular energia livre de Gibbs padrão

Subtraia o termo de entropia em escala de temperatura do termo de entalpia:

ΔG° =ΔH° – TΔS° =(–890,6 kJmol⁻ⁱ) – (–72,41 kJmol⁻ⁱ) =–818,2 kJmol⁻ⁱ

Um ΔG° negativo confirma que a reação de combustão do metano é termodinamicamente espontânea a 298,15K.