Decidir el criterio termodinámico de espontaneidad y distinguirlo de la velocidad de reacción.
Míralo en un dibujo
A temperatura constante, ΔG=ΔH−TΔS. En el ejemplo ΔH=20 kJ, ΔS=0,10 kJ/K y T=300 K: ΔG=−10 kJ.
Antes de seguir: ¿Un proceso favorable según ΔG ocurre necesariamente rápido?
Comprueba tu razonamiento
No. La rapidez depende de la cinética y de las barreras de activación.
Antes de empezar
Necesitas manejar: Energía; Unidades; Logaritmos.
Escribe en papel tu respuesta a esta pregunta antes de desplegarla.
¿Espontáneo significa rápido?
No: la barrera cinética puede ser importante.
En un minuto
- No: la barrera cinética puede ser importante.
- 100 J/(mol·K)=0,100 kJ/(mol·K).
- T=ΔH/ΔS, si resulta físicamente pertinente.
- ΔG de reacción se anula en la composición de equilibrio.
Entiende la idea
El concepto
La espontaneidad termodinámica indica si un proceso puede avanzar en una dirección bajo unas condiciones; no dice que sea rápido. Una transformación favorable puede estar frenada por una barrera cinética. Por ello no deben intercambiarse frases como «ΔG negativa» y «reacción instantánea». La velocidad se estudia con herramientas distintas.
La entropía se relaciona con la dispersión de energía y el número de estados microscópicos compatibles con una descripción macroscópica. «Desorden» puede servir como imagen inicial, pero es una simplificación. En procesos espontáneos la entropía total de sistema y entorno aumenta; la entropía del sistema por separado puede disminuir si el entorno compensa ese cambio.
Cómo utilizarlo sin errores
A temperatura y presión constantes, el signo de la variación de Gibbs permite decidir la dirección termodinámicamente favorable. ΔG=ΔH−TΔS exige unidades compatibles y temperatura absoluta. Si ΔH se expresa en kJ/mol y ΔS en J/(mol·K), hay que convertir una de ellas antes de restar. El equilibrio corresponde a ΔG=0 para el cambio infinitesimal de reacción en la composición considerada.
El símbolo estándar importa: ΔG° se refiere a estados estándar y no determina por sí solo el sentido en cualquier mezcla. Para una composición general interviene el cociente de reacción. En los primeros ejercicios de temperatura se supone que los datos de ΔH y ΔS permanecen aproximadamente constantes en el intervalo y se trabaja con el proceso definido. Un umbral calculado con esa hipótesis es una aproximación termodinámica, no una garantía experimental de conversión inmediata.
Fórmulas y condiciones de uso
Lee las condiciones junto con cada expresión. Una fórmula sin sus hipótesis puede dar un resultado incorrecto.
Consultar la notación textual original
ΔG=ΔH−TΔS, con T en K y unidades compatibles. A T,p constantes: ΔG<0 favorable; ΔG=0 equilibrio. ΔG=ΔG°+RT ln Q.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1 · Para un proceso se dan ΔH=+40 kJ/mol y ΔS=+100 J/(mol·K), constantes aproximadamente. Estudia 300 K y 500 K.
- Convertimos ΔS=0,100 kJ/(mol·K).
- A 300 K: ΔG=40−300·0,100=+10 kJ/mol; el sentido escrito no es favorable en las condiciones del cálculo.
- A 500 K: ΔG=40−50=−10 kJ/mol; es favorable. El umbral aproximado es T=40/0,100=400 K.
Ejemplo 2 · Un proceso tiene ΔH=−30 kJ/mol y ΔS=−50 J/(mol·K). ¿Cuándo resulta favorable dentro de la aproximación constante?
- ΔS=−0,050 kJ/(mol·K), así que ΔG=−30+0,050T.
- ΔG<0 cuando T<600 K. Por encima de 600 K, el término entrópico cambia la conclusión.
- En 600 K se anula bajo este modelo. El cálculo no informa de la velocidad ni prueba que los datos sean constantes a toda temperatura.
Practica antes de mirar la solución
Práctica 1 · Si ΔH<0 y ΔS>0, ¿qué signo tiene ΔG para T>0 dentro del modelo?
Primera ayuda
Ambos términos favorecen el mismo signo.
Ver solución razonada
ΔH es negativa y −TΔS también; ΔG<0 para cualquier T positiva para la que las hipótesis sigan siendo válidas.
Práctica 2 · Si ΔH>0 y ΔS<0, ¿puede el aumento de T favorecer el sentido escrito en este modelo?
Primera ayuda
Escribe los signos de ambos términos.
Ver solución razonada
No: ΔH y −TΔS son positivos. ΔG>0 en ese marco de datos constantes.
Práctica 3 · Una reacción tiene ΔG<0 pero apenas avanza en una observación breve. ¿Hay contradicción?
Primera ayuda
Separa termodinámica y cinética.
Ver solución razonada
No. Puede existir una barrera de activación alta; la favorabilidad termodinámica no garantiza rapidez.
El error que debes evitar
No introducir °C en la expresión. No mezclar J y kJ. No sustituir ΔG por ΔG° sin condiciones. No identificar favorabilidad con rapidez.
Comprueba lo aprendido
Autoevaluación formativa: no es una nota oficial ni un examen vigilado.
En ΔG=ΔH−TΔS, T se usa en…
Solución y explicación
Respuesta: Kelvin. La temperatura debe ser absoluta.
La entropía del sistema en un proceso espontáneo…
Solución y explicación
Respuesta: Puede disminuir si aumenta suficientemente la del entorno. El criterio general involucra sistema y entorno.
ΔG° y ΔG para cualquier mezcla son siempre iguales…
Solución y explicación
Respuesta: No. La composición introduce el término RT ln Q.
Recupera las ideas de memoria
Antes de revelar cada respuesta, di la tuya en voz alta o escríbela. Marca si la recordabas para programar el siguiente repaso.
¿Espontáneo significa rápido?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
No: la barrera cinética puede ser importante.
Intenta responder antes de mirar.
¿Conversión clave?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
100 J/(mol·K)=0,100 kJ/(mol·K).
Intenta responder antes de mirar.
¿Umbral con datos constantes?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
T=ΔH/ΔS, si resulta físicamente pertinente.
Intenta responder antes de mirar.
¿Equilibrio a T,p constantes?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
ΔG de reacción se anula en la composición de equilibrio.
Intenta responder antes de mirar.
Explícalo y llévalo a otro problema
Construye una tabla de los cuatro casos de signos de ΔH y ΔS y añade debajo una advertencia sobre las hipótesis de temperatura.
Cierre en papel: explica el procedimiento, anota una condición de validez y vuelve a resolver un ejercicio que te haya costado sin consultar sus pasos.
Consolida el tema completo
Abrir resumen, esquema y refuerzo de Termodinámica y cinética
Fuentes y revisión editorial
Material de elaboración propia con asistencia de IA. Revisión docente final pendiente. La comprobación técnica no certifica la adaptación a una convocatoria concreta de PAU.