Tabla de energía libre de Gibbs
) es un potencial termodinámico que puede utilizarse para calcular la cantidad máxima de trabajo que puede realizar un sistema termodinámicamente cerrado a temperatura y presión constantes. También proporciona una condición necesaria para los procesos, como las reacciones químicas, que pueden producirse en estas condiciones.
El valor de la energía (medido en julios en el SI) es la cantidad máxima de trabajo no expansivo que puede extraer un sistema cerrado (que puede intercambiar calor y trabajo con su entorno, pero no con la materia) a temperatura y presión fijas. Este máximo sólo puede alcanzarse en un proceso completamente reversible. Cuando un sistema se transforma reversiblemente de un estado inicial a un estado final en estas condiciones, la disminución de la energía libre de Gibbs es igual al trabajo realizado por el sistema a su entorno, menos el trabajo de las fuerzas de presión[1].
La energía de Gibbs es el potencial termodinámico que se minimiza cuando un sistema alcanza el equilibrio químico a presión y temperatura constantes cuando no es impulsado por una tensión electrolítica aplicada. Su derivada con respecto a la coordenada de reacción del sistema desaparece entonces en el punto de equilibrio. Por lo tanto, una reducción de
Equilibrio de la energía libre de Gibbs
Tomemos, por ejemplo, una reacción que sabemos que se produce de forma espontánea a 298,15 K y presión atmosférica, la reacción química en la que el hidrógeno en su estado estándar, gas hidrógeno (H2(g)) y el oxígeno en su estado estándar, gas oxígeno (O2(g)), reaccionan en condiciones estándar, 298,15 K y presión atmosférica, para producir agua en su estado estándar, agua líquida (H2O(l)).
Es posible que hayas experimentado tú mismo esta reacción química espontánea produciendo un poco de hidrógeno gaseoso en el laboratorio y utilizando después una fuente de calor, como un cono encendido, para aumentar la energía cinética de las moléculas de gas, dándoles la energía suficiente para colisionar con éxito y producir productos (moléculas de agua) en una reacción autosostenida, es decir, una reacción espontánea que también produce un “pop” audible (por lo que suele llamarse la “prueba del pop” para el hidrógeno gaseoso).
Por último, calcule ΔG°(reacción) en kJ mol-1 a la temperatura estándar (T = 298,15 K) y a la presión sustituyendo estos valores de ΔH°(reacción), T (reacción en K) y ΔS°(reacción) en la ecuación del cambio de energía libre de Gibbs del sistema químico como se muestra a continuación:
Energía libre de Gibbs de reacción estándar
Esta página presenta la energía libre de Gibbs (a menudo llamada simplemente energía libre) y muestra cómo puede utilizarse para predecir la viabilidad de las reacciones. Si ya has leído la página sobre cómo hacer esto con los cambios totales de entropía, encontrarás un poco de repetición en esta página.
Si conoces (o puedes calcular) el cambio de entalpía de la reacción, y conoces (o puedes calcular) el cambio de entropía, y conoces la temperatura (en kelvin), entonces parece que es muy fácil calcular ΔG°.
Como estás calculando ΔG, tu respuesta será en kJ mol-1. Debes acordarte de cambiar el valor del cambio de entropía a kJ antes de empezar, de lo contrario te equivocarás completamente en el cálculo.
Esta reacción es, en realidad, la combustión del metano, por lo que podemos tomar un valor de éste de un Libro de Datos. Pero, por supuesto, hay que saber calcularlo a partir de los cambios de entalpía de formación.
En la vida cotidiana, algo es espontáneo si ocurre por sí mismo, sin ninguna aportación del exterior. Lo mismo ocurre en la química, pero hay una diferencia importante que desafía el sentido común cotidiano.
Ejemplos de energía libre de Gibbs en la vida real
La energía libre de Gibbs es una medida del potencial de trabajo reversible o máximo que puede realizar un sistema a temperatura y presión constantes. Es una propiedad termodinámica que fue definida en 1876 por Josiah Willard Gibbs para predecir si un proceso ocurrirá espontáneamente a temperatura y presión constantes. La energía libre de Gibbs G se define como
Los cambios en la energía libre de Gibbs G corresponden a cambios en la energía libre para procesos a temperatura y presión constantes. El cambio en la energía libre de Gibbs es el máximo trabajo de no expansión que se puede obtener bajo estas condiciones en un sistema cerrado; ΔG es negativo para los procesos espontáneos, positivo para los no espontáneos y cero para los procesos en equilibrio.
El signo de un valor de energía de Gibbs puede utilizarse para determinar si una reacción química procede o no espontáneamente. Si el signo de ΔG es positivo, se debe aportar energía adicional para que se produzca la reacción. Si el signo de ΔG es negativo, la reacción es termodinámicamente favorable y se producirá espontáneamente.