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Energía libre de Gibbs y reacciones espontáneas

Transcripción del video

en este vídeo vamos a explorar la energía libre de jeeps y particularmente su utilidad para determinar si una reacción va a ser espontánea o no que es muy útil en la química y en la biología y fue definida por llosa ya willard chips aquí tenemos la famosa fórmula que nos va a ayudar a predecir la espontaneidad de las reacciones y dice que el cambio en la energía libre de gips es igual al cambio en la en tal día está h es entalpía puede ser vista como el contenido de calor sobre todo porque esta fórmula se aplica si estamos en condiciones de presión y temperatura constantes entonces el cambio en la entropía - la temperatura multiplicada por el cambio en la entropía la s es la entropía y parece que esta fórmula extraña es muy difícil de entender pero veremos que en realidad tiene mucho sentido intuitivo gibbs llosa ya willard james definió esto para saber cuántas en tal vía es útil en la realización de trabajo cuánto de ésta entalpía es libre para poder hacer cosas útiles pero en este vídeo vamos a enfocarnos en cómo podemos utilizar el cambio en la energía libre de gibbs para predecir si una reacción va a ocurrir de forma espontánea y para llegar directamente a saber esto vamos a decir que si delta es menor que cero nuestra reacción va a ser espontánea va a hacer es tan tan va a suceder suponiendo que las moléculas sean capaces de interactuar de la forma correcta va a ser espontánea ahora vamos a pensar un poco acerca de por qué eso tiene sentido si esta expresión es negativa nuestra reacción va a ser espontánea vamos a pensar en todos los diferentes escenarios en este escenario si nuestro cambio de entropía es menor que 0 y nuestra entropía aumenta nuestra entalpía disminuye esto significa que vamos a liberar energía vamos a liberar entalpía liberar entalpía terminó con menos en tal vía que con la que empecé pero la entropía aumenta el desorden aumenta el número de estados que mi sistema puede asumir aumenta y bueno esto tiene mucho sentido esto va a suceder de manera espontánea independientemente de la temperatura que tengamos tengo estas dos moléculas están a punto de chocar entre sí y cuando se acercan una a la otra sus electrones dicen espera aquí hay una mejor configuración donde podemos entrar en un estado de energía más bajo donde podemos liberar energía y al hacerlo estos diferentes componentes pueden separarse y así tenemos más componentes ya que se separaron y se liberó energía la entropía aumenta y así esto tiene sentido esto ocurre de manera natural esto es espontáneo del traje es menor que cero y voy a encerrar a las reacciones espontáneas en color verde ahora qué pasa con este escenario en este escenario de la h es mayor que 0 por lo tanto la venta al día de esta reacción tiene que aumentar y la entropía va a disminuir puedes imaginar que estas moléculas se acercan una a la otra pero sus electrones dicen oye no no para que podamos unirnos tendríamos que llegar a un estado de energía más alto vamos a necesitar energía y el desorden va a disminuir esto no va a suceder y así por supuesto esta es una combinación y delta h es mayor que 0 y si éste es menor que cero entonces todo este término va a ser positivo y así delta g va a ser mayor que 0 delta g va a ser mayor que es 0 y espero que esto tenga sentido intuitivo para ti esta reacción no va a ser espontánea esta reacción no va a suceder ahora aquí tenemos escenarios donde delta h y delta s son iguales pero lo que determina si estas reacciones son espontáneas o no va a ser la temperatura así que aquí si delta h es menor que cero vamos a tener una liberación de energía pero nuestra entropía disminuye qué va a pasar aquí bueno si la temperatura es baja estas moléculas o estos átomos se van a acercar suavemente uno al otro y sus electrones van a poder interactuar tal vez llegan a un estado de energía más bajo y puedan liberar energía están liberando energía y los electrones van a hacer esto espontáneamente pero la entropía va a bajar y esto puede suceder espontáneamente porque la temperatura es baja y algunos de ustedes podrían estar diciendo espera que esto no va en contra de la segunda ley de la termodinámica y hay que recordar que la entropía si solo estás pensando en esta parte del sistema entonces si va en contra de la segunda ley de la termodinámica pero se está liberando calor y el calor va a añadir entropía al resto del sistema y la segunda ley de la termodinámica sostiene que la entropía del universo va a aumentar debido a este calor liberado pero si sólo nos fijamos en los constituyentes la entropía disminuye por lo tanto esto va a ser espontáneo también y si regresamos a la fórmula si esto es negativo y esto es negativo esto va a ser un término positivo pero si t es lo suficientemente baja este término no va a tener importancia la temperatura es un factor importante para la entropía así que si te es pequeña la entropía no va a tener importancia entonces la entalpía domina la ecuación por lo tanto en esta situación la temperatura es lo suficientemente baja para hacer que delta g a negativo y esto va a ser espontáneo aquí tenemos el mismo escenario pero tenemos una temperatura alta tenemos las mismas dos moléculas digamos que estas son las moléculas esta es esta morada de aquí tenemos las mismas dos moléculas aquí que podrían liberar energía pero aquí el cambio en la antártida es negativo pero están moviéndose tan rápido que sus electrones no van a tener la oportunidad de interactuar de la forma correcta para que la reacción ocurra esta es una situación en la que la reacción no será espontánea porque solo van a pasarse de largo no van a tener la oportunidad de interactuar correctamente y así si la temperatura es alta si t es alta este término va a ser muy importante y el hecho de que la entropía es negativa va a ser que este término sea positivo y esto va a ser más positivo de lo que esto va a ser negativo por lo tanto esta es una situación en la que nuestro delta g es mayor que 0 así que esta reacción es no espontánea y todo lo que estoy haciendo es solo para que entiendas por qué esta fórmula para la energía libre de gates tiene sentido y recuerda esto es cierto a presión constante y a temperatura constante y esas son suposiciones razonables si estamos utilizando un tubo de ensayo o si estamos hablando de una gran cantidad de sistemas biológicos ahora vamos a ver este caso aquí nuestro cambio en la entropía es positivo y nuestra entropía aumentaría si éstas reaccionan pero nuestra temperatura es baja si estas moléculas reaccionan tal vez se separarían y harían algo como esto pero éstas no van a hacer eso porque cuando estas moléculas chocan entre sí podrían decir todos nuestros electrones tienen unas agradables configuraciones estables no veo ninguna razón para reaccionar a pesar de que si lo hiciéramos ganaríamos un aumento en la entropía no hay razón para reaccionar y si nos fijamos en estas variables si ese es positivo y si este es positivo si la temperatura es baja este término no va a ser capaz de vencer a este otro por lo que el delta g es mayor que cero no espontánea si vemos el mismo escenario y decidimos subir la temperatura aumentar la energía cinética promedio estas moléculas van a ser capaces de chocar entre sí y a pesar de que los electrones van a requerir algo de energía para formar estos enlaces esto puede suceder porque tenemos todo este desorden que está siendo creado tenemos más estados y es menos probable ir en el otro sentido porque bueno cuáles son las probabilidades de que estas moléculas simplemente se reúnan en la configuración exacta para volver a tener este número menor de moléculas y si nos fijamos en estas variables incluso si delta h es mayor que 0 incluso si esto es positivo si delta s es mayor que 0 y t es alta este término se va a convertir especialmente con el signo negativo aquí este término va a vencer al cambio en la entropía y hacer que toda la expresión sea así que aquí delta que va a ser menor que 0 y esta reacción va a ser espontánea espero que esto te ayude a entender la fórmula de energía libre de jeeps y tienes que recordar que sólo funciona si la presión y la temperatura son constantes pero es útil para pensar acerca de si una reacción es espontánea y conforme veamos sistemas biológicos o químicos verás el del traje de las reacciones y podrás decir oh es un mensaje negativo esa va a ser una reacción espontánea o el mensaje es igual a cero esto va a ser un equilibrio o podrías decir esto es un delta hé positivo esta reacción va a ser no espontánea
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