Cambio en la energía libre de Gibbs de la reacción de vaporización

Question

En mi libro de química, veo la ecuación

$$\Delta G_{rxn} = \Delta G_{rxn}^0 + RT \ln(Q)$$

donde $\Delta G_{rxn}^0$ es el cambio en la energía libre de Gibbs en condiciones estándar (1 atm de presión en este caso), R es la constante de los gases, T es la temperatura absoluta y Q es el cociente de reacción. Consideremos la reacción

$$\ce{H2O (l) -> H2O (g)}$$

Claramente en este ejemplo, $Q = P_{\ce{H_2 O}}$ la presión del vapor de agua.

Esta es mi confusión. La expresión anterior para $\Delta G_{rxn}$ implica que en cualquier momento $P_{\ce{H_2 O}} = 1\ \mathrm{atm}$ tenemos $\Delta G_{rxn} = \Delta G_{rxn}^0$ que es $8.59 \mathrm{kJ/mol}$ para esta reacción. Deberíamos ver esto independientemente de la temperatura, según esta expresión.

Sin embargo, cuando $T = 100\ \mathrm{^\circ C}$ el agua líquida y el vapor de agua están en equilibrio a $P_{\ce{H_2 O}} = 1\ \mathrm{atm}$ ¡! Y si están en equilibrio, es lógico que veamos $\Delta G_{rxn}=0$ que claramente no tenemos.

¿Podría alguien ayudarme a entender esta aparente contradicción? Mi única conjetura por el momento es que surge porque $\Delta G_{rxn}^0$ no es independiente de la temperatura y a las temperaturas más altas, quizás el valor de $8.59\ \mathrm{kJ/mol}$ es inaplicable. Si alguien pudiera explicarme esto, se lo agradecería mucho.

Answer 1

Sí. Tienes razón. $\Delta G^0_{rxn}$ es una función de la temperatura, y es igual a cero a 100 C para esta reacción.

Answer 2

La ecuación de cambio de estado del agua es una "media reacción", pero su ecuación es una reacción de cambio de fase.

Las unidades del SI son confusas con los gases:

La temperatura es en realidad 298K en este caso (es un truco porque las condiciones estándar significan que la temperatura se establece en 298K y la presión en 1 atm)

Cuota de reacción = [productos ÷ reactivos] = como proporción $$\rm R = 8.314~J K^{-1} mol^{-1}$$ $$\rm \Delta G = \Delta G^\circ~of~8.59~\frac{kJ}{mol}~ – RTln1 = 8.59~\frac{kJ}{mol}$$

[El pequeño símbolo de grado significa calor de formación / energía de formación [Δ= productos - reactivos] (en este caso supongo que es la energía de evaporación para el cambio de estado ) porque la evaporación de $\ce{H2O}$ es una reacción exotérmica y Otras ecuaciones útiles $$\Delta G = \Delta H – T\Delta S$$ $$pV=n{\rm R}T$$

Answer 3

Tienes razón. $\Delta G^0_{rxn}$ no es independiente de la temperatura. $$\Delta G (T,P)=\Delta G^0 (T) + RTln(Q)$$ Cuando decimos norma la mayoría de las veces nos referimos a un punto estático, pero en este caso es una línea dinámica a lo largo de P=1bar.