Di Andrea Becker | Aggiornato il 30 agosto 2022
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Nella maggior parte dei corsi introduttivi di chimica, le reazioni sono mostrate con una singola freccia, il che implica un processo a senso unico. In realtà, le reazioni chimiche sono reversibili e la direzione che favoriscono dipende dall’energia libera di Gibbs del sistema (ΔG). Valutando ΔG, gli scienziati possono prevedere se una reazione procederà in avanti, indietro o raggiungerà l'equilibrio.
L'entalpia rappresenta l'energia totale immagazzinata in un sistema, derivante in gran parte dal movimento casuale delle molecole. Non è la stessa cosa dell'energia potenziale dei legami o dell'energia cinetica del movimento della massa. L'entalpia cambia quando viene aggiunto o rimosso calore o lavoro ed è influenzata dalla pressione e dal volume, soprattutto nei gas.
L’entropia misura il grado di disordine o casualità in un sistema. Quando un sistema perde calore, come l’acqua che si trasforma in ghiaccio, la sua entropia diminuisce perché le molecole adottano una disposizione più ordinata. Su scala universale, l’entropia non diminuisce mai; tende sempre ad aumentare.
Sia l'entalpia che l'entropia dipendono dalla temperatura. L'aggiunta di calore aumenta sia ΔH che ΔS. La variazione di energia libera di Gibbs viene calcolata come ΔG =ΔH – TΔS, dove T è la temperatura assoluta in Kelvin. Poiché la temperatura moltiplica il termine entropico, può spostare l'equilibrio tra entalpia ed entropia, alterando la spontaneità della reazione.
Esaminando ΔG, i chimici possono determinare la fattibilità della reazione:
Quando entalpia ed entropia favoriscono direzioni opposte, la temperatura diventa il fattore decisivo. Ad esempio, una reazione endotermica (ΔH > 0) con ΔS positivo può diventare spontanea a temperature elevate perché il termine TΔS supera ΔH.
Comprendere l'energia libera di Gibbs consente ai ricercatori di progettare processi efficienti, prevedere percorsi di reazione e controllare la sintesi industriale.
