Espontaneidad de las reacciones químicas

Para que un proceso sea espontáneo ( es decir posible ), la variación de energía libre Gibbs ha de ser negativa. Para establecer si una reacción química es espontánea o no, atendemos a los valores que toma la expresión de la variación de la energía libre de Gibbs:

Esta función de estado tiene dos sumandos, términos o factores a tener en cuenta:

1. Término entálpico, que incluye la variación de entalpía de la reacción química. En adelante entalpía.

2. Término entrópico, que tiene en cuenta la temperatura absoluta y la variación de entropía de la reacción química.

Si consideramos la representación de la energía libre de Gibbs frente a la temperatura:

• La ordenada en el origen representa a la entalpía.
• La pendiente tiene siempre signo opuesto a la entropía (recuerda que la temperatura absoluta es siempre positiva).

Veamos todos los casos:

• Caso I: Entalpía disminuye (exotérmica). Entropía aumenta (aumenta el desorden), por lo que la pendiente es negativa.  A cualquier temperatura ambos sumandos son negativos, por lo que la energía libre de Gibbs es siempre negativa, y por tanto siempre será espontánea.

• Caso IV: Entalpía aumenta (endotérmica). Entropía disminuye (disminuye el desorden), por lo que la pendiente es positiva.  A cualquier temperatura ambos sumandos son positivos, por lo que la energía libre de Gibbs es siempre positiva, y por tanto nunca será espontánea.

• Caso II: Entalpía aumenta (endotérmica). Entropía aumenta (aumenta el desorden), por lo que la pendiente es negativa.  
• A la temperatura de equilibrio, la energía libre de Gibbs es cero.
• A temperaturas menores que la de equilibrio, la energía libre de Gibbs es positiva y la reacción química no será espontánea. Ello se debe a que el término entálpico (positivo) es mayor que el término entrópico (negativo), por lo que globalmente su suma es >0.
• A temperaturas mayores que la de equilibrio, la energía libre de Gibbs es negativa y la reacción química si será espontánea. (Aunque no sabemos nada de su velocidad). Ello se debe a que el término entálpico (positivo) es menos que el término entrópico (negativo), por lo que globalmente su suma es <0.

• Caso III: Entalpía disminuye (exotérmica). Entropía disminuye (disminuye el desorden), por lo que la pendiente es positiva.  
• A la temperatura de equilibrio, la energía libre de Gibbs es cero.
• A temperaturas menores que la de equilibrio, la energía libre de Gibbs es negativa y la reacción química si será espontánea -aunque no sabemos nada de su velocidad-. Ello se debe a que el término entálpico (negativo) es mayor que el término entálpico (positivo), por lo que globalmente su suma es <0.
• A temperaturas mayores que la de equilibrio, la energía libre de Gibbs es positiva y la reacción química no será espontánea. Ello se debe a que el término entálpico (negativo) es menor que el término entrópico (positivo), por lo que globalmente su suma es >0, y por tanto la reacción química no es posible.

Un pequeño resumen te ayudará a recordarlo:

Para razonar por tu cuenta todo esto, te sugiero que manipules esta animación: