Calculadora de Energía Libre de Gibbs

Calcular cambio de energía libre de Gibbs, espontaneidad y equilibrio para reacciones químicas

Modo de Cálculo

Desde ΔH y ΔS

Calcular ΔG = ΔH - TΔS

Desde K (Equilibrio)

Calcular ΔG° = -RT ln(K)

Encontrar K desde ΔG°

Calcular K = e^(-ΔG°/RT)

Condiciones No Estándar

Calcular ΔG = ΔG° + RT ln(Q)

Cambio de Entalpía (ΔH)

Cambio de Entropía (ΔS)

Temperatura

¿Qué es la Energía Libre de Gibbs?

La energía libre de Gibbs (G), también llamada energía de Gibbs o entalpía libre, es un potencial termodinámico que mide el trabajo reversible máximo que puede realizar un sistema termodinámico a temperatura y presión constantes. El cambio en la energía libre de Gibbs (ΔG) determina si una reacción química ocurrirá espontáneamente y es fundamental para comprender el equilibrio químico.

Ecuaciones Fundamentales:

ΔG = ΔH - TΔS

Ecuación de Gibbs-Helmholtz (condiciones estándar)

ΔG° = -RT ln(K)

Relación con la constante de equilibrio

ΔG = ΔG° + RT ln(Q)

Condiciones no estándar (con cociente de reacción)

• ΔG = Cambio en la energía libre de Gibbs (kJ/mol)
• ΔH = Cambio en la entalpía (kJ/mol)
• ΔS = Cambio en la entropía (J/mol·K)
• T = Temperatura absoluta (K)
• R = Constante de los gases (8.314 J/mol·K)
• K = Constante de equilibrio
• Q = Cociente de reacción

Criterios de Espontaneidad

Valor de ΔG	Espontaneidad	Significado
ΔG < 0	Espontánea (Exergónica)	La reacción avanza hacia adelante
ΔG = 0	En Equilibrio	Sin cambio neto, K = Q
ΔG > 0	No Espontánea (Endergónica)	Se favorece la reacción inversa

Efectos Combinados de ΔH y ΔS

La espontaneidad de una reacción depende tanto de los cambios de entalpía (ΔH) como de entropía (ΔS), así como de la temperatura. La tabla siguiente muestra todas las combinaciones posibles:

ΔH	ΔS	Signo de ΔG	Espontaneidad	Ejemplo
-	+	Siempre -	Espontánea a toda T	Reacciones de combustión
+	-	Siempre +	No espontánea a toda T	Formación de ozono
-	-	- a baja T, + a alta T	Espontánea a baja T	Condensación exotérmica
+	+	+ a baja T, - a alta T	Espontánea a alta T	Fusión endotérmica

Punto Clave:

¡La temperatura puede marcar la diferencia! Cuando ΔH y ΔS tienen el mismo signo, la temperatura determina la espontaneidad. La temperatura de cruce donde ΔG = 0 es T = ΔH/ΔS.

Ejemplos Resueltos

Ejemplo 1: Calcular ΔG desde ΔH y ΔS

Problema: Para la reacción 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) a 298 K:
ΔH° = -571.66 kJ/mol, ΔS° = -326.8 J/mol·K
Calcule ΔG° y determine si la reacción es espontánea.

Paso 1: Convertir unidades
ΔS° = -326.8 J/mol·K = -0.3268 kJ/mol·K

Paso 2: Aplicar ΔG = ΔH - TΔS
ΔG° = -571.66 - (298.15 × -0.3268)
ΔG° = -571.66 + 97.42 = -474.24 kJ/mol

Paso 3: Interpretar resultado
ΔG° < 0, por lo tanto la reacción es espontánea

Respuesta: ΔG° = -474.24 kJ/mol (espontánea)

Ejemplo 2: Calcular K desde ΔG°

Problema: Una reacción tiene ΔG° = -33.0 kJ/mol a 298 K. Calcule la constante de equilibrio K.

Paso 1: Usar ΔG° = -RT ln(K)
Reorganizar: ln(K) = -ΔG°/RT

Paso 2: Convertir y sustituir
ΔG° = -33,000 J/mol
ln(K) = -(-33,000)/(8.314 × 298.15) = 13.31

Paso 3: Resolver para K
K = e^13.31 = 6.02 × 10⁵

Respuesta: K = 6.02 × 10⁵ (productos fuertemente favorecidos)

Ejemplo 3: Condiciones No Estándar

Problema: Para una reacción con ΔG° = -20 kJ/mol a 298 K, calcule ΔG cuando Q = 0.01.

Paso 1: Usar ΔG = ΔG° + RT ln(Q)

Paso 2: Calcular RT ln(Q)
RT ln(Q) = 8.314 × 298.15 × ln(0.01)
= 2478.8 × (-4.605) = -11,414 J/mol = -11.41 kJ/mol

Paso 3: Calcular ΔG
ΔG = -20 + (-11.41) = -31.41 kJ/mol

Respuesta: ΔG = -31.41 kJ/mol (aún más espontánea a bajo Q)

Aplicaciones de la Energía Libre de Gibbs

Equilibrio Químico

Predicción de la posición de equilibrio y cálculo de constantes de equilibrio para reacciones químicas. Comprensión de la favorabilidad de productos vs. reactivos.

Electroquímica

Relación del potencial de celda con la energía libre de Gibbs (ΔG = -nFE°) para baterías, celdas de combustible y procesos de electrólisis.

Bioquímica

Comprensión del acoplamiento energético en rutas metabólicas, hidrólisis de ATP y reacciones catalizadas por enzimas en sistemas vivos.

Transiciones de Fase

Predicción de puntos de fusión, puntos de ebullición y temperaturas de sublimación donde ΔG = 0 en la transición de fase.

Ciencia de Materiales

Diseño de rutas de síntesis, predicción de estructuras cristalinas y comprensión de la formación y estabilidad de aleaciones.

Química Ambiental

Evaluación de la degradación de contaminantes, predicción de la especiación química en aguas naturales y comprensión de la química atmosférica.

Referencias

Los cálculos de energía libre de Gibbs se basan en principios termodinámicos fundamentales:

Nota: Esta calculadora utiliza la constante de los gases R = 8.314 J/mol·K. Los cálculos asumen comportamiento ideal y condiciones de estado estándar (1 bar de presión, temperatura especificada, concentración 1 M para soluciones) a menos que se indique lo contrario. Para cálculos termodinámicos precisos, los valores experimentales de ΔH° y ΔS° deben obtenerse de bases de datos confiables como NIST o el CRC Handbook. Las dependencias de temperatura de ΔH y ΔS no se tienen en cuenta en cálculos simples.

Calculadora de Energía Libre de Gibbs

Energía Libre de Gibbs (ΔG)

Espontaneidad de la Reacción

Pasos del Cálculo

Información Adicional

🌡️ Efectos de la Temperatura