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La energía libre de Gibbs y la espontaneidad

Transcripción del video

hemos aprendido ya en los últimos vídeos que si tenemos un sistema que tiene presión constante o si estamos en un ambiente con presión constante entonces el cambio en la antártida es igual al calor agregado al sistema y le pongo una pequeña porque es presión constante así que si tenemos una reacción a más ve que nos produce nuestro cambio en la antártida digamos si nuestro cambio lenta al pie es decir si ésta es negativa es menor que cero sabemos que esta es una reacción exotérmica y eso porque es otra vez porque estoy suponiendo la presión constante ahora sabemos que esto es exotérmica porque estaré liberando energía verdad esto cuando cuando agregamos calor al sistema si bien al final es negativo en realidad estamos liberando calor verdad así que estamos liberando calor o energía podemos ponerle aquí o sumarle la energía y hemos aprendido en el último vídeo o en algunos vídeos anteriores que esto es una reacción exotérmica esta es una reacción exotérmica y si tenemos una reacción que necesita energía digamos que ahora tenemos más ve y hay que sumarle cierta energía ok le sumamos alguna energía y esto nos produce entonces qué significa esto bueno significa que el sistema ha absorbido energía la cantidad de energía que absorbe es tu cambio en la entalpía así que nuestra delta h va a ser positiva del touch es positiva hemos absorbido energía y a estas reacciones las llamamos endo térmicas en dos térmicas estamos absorbiendo calor ahora si queremos decidir o predecir cuándo va a ser una reacción espontánea ok vemos que este cambio lenta al pie es un buen candidato obviamente si estoy liberando energía bueno pues no necesito energía para que esto ocurra así que es espontánea y por el contrario si yo necesito energía mi intuición me dice que quizás esto no es espontáneo pero hay alguna pequeña parte que me dice bueno qué tal si las partículas están corriendo o están acelerando sé o qué sé yo tienen mucha energía cinética goltz se golpean unas a otras y de repente pulso se vuelve espontánea quizás la entalpía por sí misma no describe completamente lo que va a pasar así que para tener un poco de intuición déjenme construir un poquito de sentido acerca de estas o de lo que ocurre en estas reacciones espontáneas así que pensemos en los ingredientes vamos a pensar bueno vamos a suponer que liberamos energía es decir que el cambio en lenta al pie es menor que cero y eso pensar que va a ser espontáneo pero qué tal si nuestra delta ese o si el cambio en la entropía baja ok qué pasa si las cosas se vuelven más ordenadas ya hemos aprendido de otros vídeos de termodinámica que ese no tiende a ser el caso y en la experiencia personal sabemos que esas cosas por su propia cuenta casi no pueden ocurrir en el estado macro verdad ya sabes es un huevo no puede volverse a formar solito después de abrirse no así que aunque hay una pequeña probabilidad de que ocurra así que parece que la entropía de alguna forma importa un poquito y debido a que ya hemos hablado un poco de esto de la energía ok sí sí yo requiero energía quizás la temperatura si es muy alta estas partículas están corriendo muy rápido y eso va a crear energía del otro lado así que vamos a pensar vamos a aterrizar todas estas ideas con los ingredientes que ya tenemos qué pasa con las reacciones que a través de distintas combinaciones podrían generarse de forma espontánea así que vamos a proponer el cambio en la entropía y también que nuestro cambio la entropía puedan tener distintos signos así que pensemos que el libera o absorbe energía y por el lado de la entropía si se vuelve más o menos ordenado y vamos a tener también la temperatura así que pensemos en el primer caso vamos a pensar en la situación donde delta h es menor que cero es decir que el cambio en la entropía es negativa y que el cambio en la entropía va a ser positiva mi intuición me dice que algo va a suceder esta situación donde vamos dejar un lugar más en trópico después de una reacción así que estoy mirando digamos está esta dirección pensemos en las partículas que tenemos así que podríamos tener una reacción en donde en donde digamos que tenemos por ejemplo este tipo de partículas aunque este tipo de moléculas digamos que tenemos ese tipo porque este tipo que tiene a otro naranjita y encima y que tenemos otro tipo de moléculas digamos este azul clarito que está unido a esta rosa entonces digamos que que bueno no va a decir en términos de estable o inestable pero digamos que cuando estos dos chocan ok cuando chocan el uno con el otro terminamos con esto digamos que estoy estoy inventando me esto así que quizás una de estas moléculas de azul fuerte estas se separan digamos una de ellas se pega con el azul claro y este se pega con el rosa y quizás el naranja se queda solito así que fuimos de un lugar donde teníamos dos moléculas a tener tres moléculas así que tenemos más desorden más entropía esto obviamente puede tomar más estados y estamos suponiendo que la del touch es menor que cero así que al hacer esto estos tipos chocan liberan electrones y energía potencial y al final terminan en una configuración donde donde a lo mejor se vuelven más estables y entonces liberan energía así que tenemos de este lado que sumarle y no sólo esto desde el inicio me cambio la entropía es menor que cero así que debe haber cierta energía cierta energía hay que sumarle así que parece bastante obvio que esta reacción va a ser espontánea en esta dirección verdad porque no hay ninguna razón por la cual bueno en principio es más fácil para estas dos partículas chocar una con otra y dirigirse en la dirección hacia la derecha para producir estos esta estas moléculas ok estas tres moléculas que si pensamos que del lado derecho va a regresar verdad estos están en un estado potencial más bajo y por lo tanto son más estables así que no hay ninguna razón en tal pica para regresar en la otra dirección ok así que esto para mí tengo al menos de intuición de que no importa la temperatura nos va a favorecer esta reacción en una dirección ok así que esto sin duda va a ser espontánea ahora qué ocurre vamos a hacer algo que quizás sea menos intuitivo qué ocurre si mi delta h es menor que cero pero digamos que pierdo entropía es así que como verás ya vimos de la segunda ley de la termodinámica si dentro que la entropía del universo sube pero digamos que perdemos entropía ok podría ser una situación donde voy de digamos dos partículas digamos que tengo esta partícula y esta otra y entonces chocan ok a lo mejor estarán compartiendo electrones van a ser más estables pero se unen de esta forma ok y cuando hacen esto los electrones pueden entrar en estados potenciales más bajos y entonces tenemos que agregar energía de este otro lado y eso lo tenemos porque el camión lenta al pie es negativo y entonces es una reacción exotérmica tenemos menos energía en este estado que en el inicial así que hay que liberar energía de alguna forma ahora qué va a pasar con esta reacción bueno parece si introducimos nuestra temperatura que es lo que va a pasar a bajas temperaturas a bajas temperaturas estos dos tienen un promedio muy bajo de energía cinética sólo se están arrastrando de forma muy lenta no se esté con mucha pereza y recordemos que cuando hablamos de espontaneidad allí escribí mal esto verdad dice quién sabe qué dice ahí pero en realidad quise decir montané a aunque este término sería otra cosa y parece muy chistoso en fin entonces donde estábamos era que sí sí donde me quedé así si teníamos una una si queremos una reacción espontánea ok que esto ocurra por sí misma no estoy hablando de qué tan rápido va la reacción esa es una clave importante no me importa cuánto te tomes y mucho tiempo poco tiempo sólo quiero saber cuando estos dos chicos realmente van a producir por sí mismos se van a chocar se van a unir iban a producir eventualmente otra molécula van a reaccionar no me importa si va a tardar diez mil años o si va a ocurrir en un segundo ok así que para bajas temperaturas lo que lo que tenemos es que van a tratar de a lo mejor no sé pasar muy cerca a darse la mano y entonces se unen en una nueva molécula ok los electrones se configuran a sí mismos para obtener este nuevo estado y además liberan energía otra vez la energía se va en forma de calor o lo que sea pero es difícil regresar en la otra dirección así que esto parece que también es espontánea para temperaturas bajas para temperaturas bajas puede ser espontáneo si la temperatura es baja por supuesto y ahora qué ocurre si la temperatura es muy alta aunque si la temperatura es muy alta recordemos que estás bueno déjenme poner más partículas en realidad estamos hablando de propiedades macro de las moléculas así que hay que no es no son sólo unas partículas ok no tienen sentido las variables macro ward para sistemas micro así que qué ocurre si la temperatura de nuestro sistema es muy alta así que pensemos de una situación donde la temperatura es muy alta ahora todo esto ocurre de este lado de la izquierda ya sabes estarán chocando las partículas muy muy rápido y estos van tan rápido que apenas si se alcanzan a ver es como si dos carros colisionaran no sí como si dos carros chocarán sí sí es una buena analogía si si cada uno de estos individuos choca como en un carro ya sabes están chocando unas a otras no no es como están atados de alguna forma pero al chocar se deshacen los carros verdad no importa que tengan mucho pegamento mejor en los materiales serán muy fuertes simplemente se va a despedazar así que la energía cinética déjenme de dibujar eso si tienen mucha energía cinética mi intuición me dice que de este lado de la reacción estos van a regresar a la versión original de la reacción del lado izquierdo porque van tan rápido que cuando chocan se desprenden unos a otros verdad se van a desprender y entonces podemos ir del lado derecho al lado izquierdo donde los electrones tienen alguna estabilidad en su configuración o qué sé yo imaginemos que queremos atar por ejemplo ahora un carro que va muy rápido ok entonces no sé quizás la analogía ya no es tan buena yendo de izquierda a derecha pero si tenemos dos tipos que van muy rápido y que van a ir chocando a lo mejor si pasan muy cerca simplemente van tan rápido que no son capaces de atarse él unos a otros ok ahora mi sentido me dice que si la temperatura es muy alta decimos bueno del lado izquierdo si estamos a muy altas temperaturas entonces quizá estos estas moléculas van chocando ok por ejemplo y entonces se van desprendiendo de esta forma a sus no sé quizás incluso a sus formas elementales el punto es que no vamos a regresar al estado de la derecha así que ésta no va a ser espontánea ok y más aún la reacción en reversa es probable que sí sea espontánea si la temperatura es suficientemente alta para que reaccionen choquen y entonces se empiecen a desprender las moléculas ok si la temperatura es alta si es espontánea y si la temperatura es baja podemos ir de forma espontánea de izquierda a derecha ok podemos tener mucha sensación de alguna fórmula que nos pueda predecir la espontaneidad a partir de estos ejemplos déjenme empezar por ejemplo con la entropía si esto por ejemplo es menor que cero ya sabemos que esto va a ser espontáneo no fue el primer ejemplo que tuvimos ok entonces necesitamos una expresión en donde con bueno si esta expresión es menor que cero va a ser una reacción espontánea y ahí va a estar involucrada el cambio en la entalpía ok si ahora consideramos la entropía vimos en esta situación de aquí que si la entropía es positiva siempre tenemos como algo espontáneo verdad del lado derecho ahora queremos que toda nuestra expresión sea negativa sí para que se espontánea verdad así que mi entropía positiva debería darle a toda mi expresión vamos a algo más negativo entonces vamos a restarle la entropía si esto es positivo toda mi expresión será negativa eso me dice que esto es espontáneo y esto corresponde al primer caso que hicimos ok cuando el camión entra pies positiva se lo resta y si el cambio en la dental pie es negativa entonces tenemos que toda expresión es negativa y eso nos diría de alguna forma que se espontánea ahora qué ocurre si la entropía es negativa cuando la entropía sne es es negativa hace que la reacción sea menos espontánea verdad en esta situación la entropía era negativa y vamos de más desorden a menos desorden oa menos partículas y que decíamos bueno cuando la temperatura es alta la entropía importa muchísimo ok cuando la temperatura es alta la entropía importaba mucho cuando la temperatura es alta es este estado menos en trópico se volvía más en trópico cuando la temperatura es baja quizás solo se va moviendo muy lento uno y después la parte de la entropía de la ecuación era la que importaba así que si cuando la temperatura es alta la entropía importa cuando la temperatura es baja la entropía no importa qué tal si solo escalamos la entropía por nuestra temperatura es decir si multiplicamos por la temperatura aquí ahora afirmó o mintió o lo que está basado en mi intuición de lo que hemos experimentado me dice que esta expresión si es menor que cero entonces deberíamos estar trabajando con una reacción espontánea ok ahora vamos a ver si esto funciona con todo lo que hemos dicho si la temperatura es alta así que esta reacción de aquí dijimos que era exotérmica en la dirección hacia la derecha que si vamos hacia la derecha de estas moléculas de hunts se van juntando para hacer otra verdad entonces estos tipos van a irse moviendo lentamente si la temperatura es baja por ejemplo y entonces a temperatura baja este término no va a importar mucho y puedes imaginar el extremo cuando estamos en el cero absoluto este realmente no pinta ok y quien domina es el término de la del touch ahora a altas temperaturas este término es el que va a dominar nuestra delta ese es menor que cero y entonces todo este término va a ser dominado y volverse positivo cuando le estamos restando algo negativo en realidad lo tenemos positivo y al multiplicar por la temperatura es positivo así que recordemos que cuando estamos trabajando con grados kelvin en la temperatura siempre es positiva y entonces va a ser mucho mayor que el delta h que es negativa verdad si la temperatura es suficientemente alta entonces hacia la derecha no va a ser espontáneo en esta ocasión y si vamos por ejemplo a donde la en tal pie es negativa y el cambio en la entropía es positiva entonces estamos liberando energía verdad y nuestra entropía está incrementando así que estamos volviéndonos más desordenados y todo esto es negativo y ya hemos tenido este esta intuición de que bueno estos dos términos son negativos verdad ya que el primero era negativo y el segundo con el signo menos es negativo así que hasta ahorita esta ecuación nos dice que si es negativo entonces es por esa espontánea verdad esta ecuación nos predice la espontaneidad de una reacción y vamos a hacer esta demostración de forma un poco más rigurosa ok utilizando algunas fórmulas fundamentales de entropía y demás por esta fórmula nos dice algo de la espontaneidad de la reacción ok y esta cuando esta cantidad justo de aquí es llamada delta g o el cambio en la energía libre de jeeps y esto es lo que predice cuando una reacción es espontánea en el próximo vídeo voy a aplicar esta fórmula aún varias veces y después vamos a hacer un poquito más de cómo podríamos usar estos principios termodinámicos