Calculateur d’énergie libre de Gibbs - Calculer ΔG, spontanéité et équilibre

Mode de calcul

À partir de ΔH et ΔS

Calculer ΔG = ΔH - TΔS

À partir de K (équilibre)

Calculer ΔG° = -RT ln(K)

Trouver K à partir de ΔG°

Calculer K = e^(-ΔG°/RT)

Conditions non standard

Calculer ΔG = ΔG° + RT ln(Q)

Variation d'enthalpie (ΔH)

Variation d'entropie (ΔS)

Température

Qu'est-ce que l'énergie libre de Gibbs ?

L'énergie libre de Gibbs (G), également appelée énergie de Gibbs ou enthalpie libre, est un potentiel thermodynamique qui mesure le travail réversible maximal qu'un système thermodynamique peut effectuer à température et pression constantes. La variation de l'énergie libre de Gibbs (ΔG) détermine si une réaction chimique se produira spontanément et est fondamentale pour comprendre l'équilibre chimique.

Équations fondamentales :

ΔG = ΔH - TΔS

Équation de Gibbs-Helmholtz (conditions standard)

ΔG° = -RT ln(K)

Relation avec la constante d'équilibre

ΔG = ΔG° + RT ln(Q)

Conditions non standard (avec quotient réactionnel)

• ΔG = Variation de l'énergie libre de Gibbs (kJ/mol)
• ΔH = Variation de l'enthalpie (kJ/mol)
• ΔS = Variation de l'entropie (J/mol·K)
• T = Température absolue (K)
• R = Constante des gaz (8.314 J/mol·K)
• K = Constante d'équilibre
• Q = Quotient réactionnel

Critères de spontanéité

Valeur de ΔG	Spontanéité	Signification
ΔG < 0	Spontanée (Exergonique)	La réaction progresse vers l'avant
ΔG = 0	À l'équilibre	Pas de changement net, K = Q
ΔG > 0	Non spontanée (Endergonique)	La réaction inverse est favorisée

Effets combinés de ΔH et ΔS

La spontanéité d'une réaction dépend à la fois des variations d'enthalpie (ΔH) et d'entropie (ΔS), ainsi que de la température. Le tableau suivant montre toutes les combinaisons possibles :

ΔH	ΔS	Signe de ΔG	Spontanéité	Exemple
-	+	Toujours -	Spontanée à toute T	Réactions de combustion
+	-	Toujours +	Non spontanée à toute T	Formation d'ozone
-	-	- à basse T, + à haute T	Spontanée à basse T	Condensation exothermique
+	+	+ à basse T, - à haute T	Spontanée à haute T	Fusion endothermique

Point clé :

La température peut faire la différence ! Lorsque ΔH et ΔS ont le même signe, la température détermine la spontanéité. La température de croisement où ΔG = 0 est T = ΔH/ΔS.

Exemples résolus

Exemple 1 : Calculer ΔG à partir de ΔH et ΔS

Problème : Pour la réaction 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) à 298 K :
ΔH° = -571,66 kJ/mol, ΔS° = -326,8 J/mol·K
Calculez ΔG° et déterminez si la réaction est spontanée.

Étape 1 : Convertir les unités
ΔS° = -326.8 J/mol·K = -0.3268 kJ/mol·K

Étape 2 : Appliquer ΔG = ΔH - TΔS
ΔG° = -571,66 - (298,15 × -0,3268)
ΔG° = -571,66 + 97,42 = -474,24 kJ/mol

Étape 3 : Interpréter le résultat
ΔG° < 0, donc la réaction est spontanée

Réponse : ΔG° = -474,24 kJ/mol (spontanée)

Exemple 2 : Calculer K à partir de ΔG°

Problème : Une réaction a ΔG° = -33,0 kJ/mol à 298 K. Calculez la constante d'équilibre K.

Étape 1 : Utiliser ΔG° = -RT ln(K)
Réarranger : ln(K) = -ΔG°/RT

Étape 2 : Convertir et substituer
ΔG° = -33,000 J/mol
ln(K) = -(-33,000)/(8.314 × 298.15) = 13.31

Étape 3 : Résoudre pour K
K = e^13.31 = 6.02 × 10⁵

Réponse : K = 6,02 × 10⁵ (produits fortement favorisés)

Exemple 3 : Conditions non standard

Problème : Pour une réaction avec ΔG° = -20 kJ/mol à 298 K, calculez ΔG lorsque Q = 0,01.

Étape 1 : Utiliser ΔG = ΔG° + RT ln(Q)

Étape 2 : Calculer 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

Étape 3 : Calculer ΔG
ΔG = -20 + (-11.41) = -31.41 kJ/mol

Réponse : ΔG = -31,41 kJ/mol (encore plus spontanée à faible Q)

Applications de l'énergie libre de Gibbs

Équilibre chimique

Prédiction de la position d'équilibre et calcul des constantes d'équilibre pour les réactions chimiques. Compréhension de la favorabilité des produits vs. réactifs.

Électrochimie

Relation du potentiel de cellule avec l'énergie libre de Gibbs (ΔG = -nFE°) pour les batteries, piles à combustible et procédés d'électrolyse.

Biochimie

Compréhension du couplage énergétique dans les voies métaboliques, l'hydrolyse de l'ATP et les réactions catalysées par les enzymes dans les systèmes vivants.

Transitions de phase

Prédiction des points de fusion, points d'ébullition et températures de sublimation où ΔG = 0 lors de la transition de phase.

Science des matériaux

Conception de voies de synthèse, prédiction des structures cristallines et compréhension de la formation et de la stabilité des alliages.

Chimie environnementale

Évaluation de la dégradation des polluants, prédiction de la spéciation chimique dans les eaux naturelles et compréhension de la chimie atmosphérique.

Références

Les calculs d'énergie libre de Gibbs sont basés sur des principes thermodynamiques fondamentaux :

Remarque : Ce calculateur utilise la constante des gaz R = 8,314 J/mol·K. Les calculs supposent un comportement idéal et des conditions d'état standard (1 bar de pression, température spécifiée, concentration 1 M pour les solutions) sauf indication contraire. Pour des calculs thermodynamiques précis, les valeurs expérimentales de ΔH° et ΔS° doivent être obtenues à partir de bases de données fiables comme le NIST ou le CRC Handbook. Les dépendances en température de ΔH et ΔS ne sont pas prises en compte dans les calculs simples.

Énergie libre de Gibbs (ΔG)

Spontanéité de la réaction

Étapes du calcul

Informations supplémentaires

🌡️ Effets de la température