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Energía libre de Gibbs: ΔG° = ΔH° − TΔS°

Calcula la energía libre de Gibbs estándar de una reacción, si es espontánea, su constante de equilibrio y la temperatura a la que cambia de signo.

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kJ/mol

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J/(mol·K)

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Resultados

Energía libre de Gibbs ΔG°

-32,96 kJ/mol

Espontánea (ΔG° < 0) La reacción está favorecida en sentido directo, aunque puede ser lenta.

Constante de equilibrio K

594.184

TΔS
-59,24 kJ/mol
Temperatura de inversión ΔH°/ΔS°
190,9
Temperatura en kelvin
298,15 K

¿Ocurrirá la reacción?

La energía libre de Gibbs responde a una de las preguntas centrales de la química: si una reacción tiende a producirse por sí sola a temperatura y presión constantes. Combina dos tendencias naturales: liberar energía (entalpía) y aumentar el desorden (entropía).

La ecuación

ΔG° = ΔH° − T × ΔS°

  • ΔH°: entalpía de reacción, en kJ/mol. Negativa si la reacción desprende calor (exotérmica).
  • ΔS°: entropía de reacción, en J/(mol·K). Positiva si aumenta el desorden.
  • T: temperatura en kelvin.

Cuidado con las unidades: ΔS° suele darse en julios y ΔH° en kilojulios, así que hay que dividir ΔS° entre 1000.

Interpretación

ΔG° Significado
Negativo Espontánea en sentido directo
Positivo No espontánea; está favorecida la reacción inversa
Cero Sistema en equilibrio

Relación con la constante de equilibrio

ΔG° = −RT ln K, así que K = e^(−ΔG°/RT)

Un ΔG° muy negativo da una K enorme: la reacción está muy desplazada hacia los productos.

Ejemplo resuelto

Síntesis del amoniaco, N₂ + 3H₂ → 2NH₃, con ΔH° = −92,2 kJ/mol y ΔS° = −198,7 J/(mol·K), a 25 °C:

  • T = 298,15 K y TΔS° = −59,2 kJ/mol.
  • ΔG° = −92,2 − (−59,2) = −33,0 kJ/mol: espontánea.
  • K = e^(33.000 / (8,314 × 298,15)) ≈ 5,9 × 10⁵.
  • Temperatura de inversión: ΔH°/ΔS° = 464 K, unos 191 °C. Por encima, ΔG° se vuelve positivo.

Los cuatro casos

ΔH° ΔS° Espontaneidad
− + Siempre espontánea
+ − Nunca espontánea
− − Espontánea a baja temperatura
+ + Espontánea a alta temperatura

La síntesis del amoniaco es del tercer tipo. Sin embargo, en el proceso Haber-Bosch se trabaja a unos 400 a 450 °C y altas presiones: la termodinámica empeora, pero la reacción es mucho más rápida y la presión desplaza el equilibrio hacia los productos. Es un compromiso entre termodinámica y cinética.

Espontánea no significa rápida

ΔG indica hacia dónde va una reacción, no a qué velocidad. El diamante es termodinámicamente menos estable que el grafito, pero su transformación es tan lenta que no se observa. La velocidad depende de la energía de activación, que estudia la cinética con la ecuación de Arrhenius.

Consejos

  • Los valores de ΔH° y ΔS° se calculan con las tablas de entalpías de formación y entropías molares: productos menos reactivos.
  • ΔG° se refiere a condiciones estándar (1 bar, 1 mol/L); en otras condiciones se usa ΔG = ΔG° + RT ln Q.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la energía libre de Gibbs?

La función G = H − TS. El signo de ΔG indica si una reacción es espontánea a temperatura y presión constantes: lo es cuando ΔG es negativo.

¿Cómo se calcula ΔG°?

ΔG° = ΔH° − T × ΔS°, con T en kelvin y ΔS° pasado a kJ. Para la síntesis del amoniaco, ΔH° = −92,2 kJ/mol y ΔS° = −198,7 J/(mol·K): a 25 °C, ΔG° = −33,0 kJ/mol.

¿Qué relación tiene con la constante de equilibrio?

ΔG° = −RT ln K, así que K = exp(−ΔG°/RT). Un ΔG° de −33,0 kJ/mol a 298 K da K ≈ 5,9 × 10⁵.

¿Una reacción espontánea es rápida?

No. La termodinámica dice hacia dónde evoluciona una reacción; la cinética, a qué velocidad. El diamante no se convierte en grafito a temperatura ambiente porque la energía de activación es enorme.

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Resultados orientativos con fines informativos. No sustituyen el consejo de un profesional.