Para determinar la espontaneidad de esta reacción, es necesario conocer más variables, como lo sugiere Rob Hooft.
Una reacción es espontánea si su energía de reacción de Gibbs es inferior a cero (llamemos a esto ΔrG ). Este ΔrG se define de la siguiente manera:
[matemática] ΔrG = ∑Gproductos – ∑Greactantes [/ matemática]
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dónde:
[matemática] ΔG ° = ΔH ° – TΔS ° [/ matemática]
Esto significa que las “propiedades” que necesita para calcular si la reacción es espontánea o no lo son, la entalpía y la entropía de cada molécula, y la temperatura a la que debería producirse la reacción.
Afortunadamente para usted (y para que yo escriba esta respuesta), estos valores están bien presentados por el NIST (Instituto Nacional de Estándares y Tecnología) [1].
Los valores encontrados en NIST para cada componente individual:
H3PO4 [2]
H ° = -1271.66 kJ / mol
S ° = 0.15077 kJ / mol * K
H4P2O7 [3]
# NO SE ENCUENTRAN VALORES
H2O [4]
H ° = -285.83 kJ / mol
S ° = 0.06995 kJ / mol * K
En aras de la simplificación, vamos a suponer que ΔH ° (entalpía de formación estándar) y ΔS ° (entropía de formación estándar) para cada molécula son independientes de la temperatura. Por supuesto, en la práctica, este no es el caso. También suponemos que la reacción ocurre a la presión estándar de 1 atm y una temperatura de 298K. Hacemos esto porque no hay datos disponibles sobre ΔH ° y ΔS ° de ácido pirofosfórico (si alguien encuentra alguno, por favor hágamelo saber).
Al hacer esto, las únicas variables que quedan son ΔH ° y ΔS ° de ácido pirofosfórico, que juntas forman ΔG ° de ácido pirofosfórico. Calculamos qué valor debe tener esto para que la reacción ocurra espontáneamente. Luego consideramos este valor demasiado alto o demasiado bajo. Con esta información podemos decir / estimar si la reacción ocurre espontáneamente a STP (temperatura y presión estándar) o no.
ΔG ° (STP) H3PO4: -1322.59 kJ / mol
ΔG ° (STP) H4P2O7:? kJ / mol
ΔG ° (STP) H2O: -306.68 kJ / mol
Un cálculo simple nos da el valor de ‘?’.
[matemática] ΔrG = ∑Gproductos – ∑Greactantes [/ matemática]
[matemáticas] 0 = (? – 306.68) + 1322.59 [/ matemáticas]
[matemáticas] 0 =? + 1015.91 [/ matemáticas]
[matemáticas]? = -1015.91 kJ / mol [/ matemáticas]
Cuando comparamos este valor para el ΔG ° del ácido pirofosfórico con los de otros compuestos, el valor no está fuera de la escala. Es, por ejemplo, comparable al de MgCO3. [5]
¿Qué significa esto? Para que la reacción dada ocurra espontáneamente, el entorno de reacción debe cumplir con los requisitos que establecimos anteriormente, y el ΔG ° del ácido pirofosfórico debe ser inferior a -1015.91 kJ / mol (esto hará que el ΔrG sea negativo). Este no es un valor extraño en absoluto, aunque está en el lado negativo. Es asumible que la reacción no ocurra espontáneamente después de esta información.
Adicional:
En TNPCEE Chemistry, página 38, podemos ver la ecuación de reacción del ácido pirofosfórico. Sobre la flecha podemos ver “473K – 573K”, esto puede indicar la temperatura a la cual el ácido pirofosfórico se descompone térmicamente (espontáneamente). Aunque no nos da la temperatura exacta donde la energía de reacción de Gibbs es igual a cero, da una buena idea de su espontaneidad a temperatura ambiente.
Notas al pie
[1] Instituto Nacional de Estándares y Tecnología
[2] ácido fosfórico
[3] ácido pirofosfórico
[4] Agua
[5] Energía libre de formación estándar de Gibbs
