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¿Qué es la energía de Gibbs? En las ecuaciones se conoce como G, y es una combinación de entalpía y entropía. El signo que precede a la energía libre de Gibbs indica el sentido de la reacción química, siempre que se cumplan dos condiciones:
La entalpía, aquí anotada como H, es un tipo de energía: la suma de las energías internas de las moléculas y el flujo de energía. La entropía, por su parte, anotada como S, es una medida de la aleatoriedad de las moléculas.
Esta herramienta aplica la fórmula a ejemplos de la vida real. Sólo necesitas conocer tres de las cuatro variables: cambio de entalpía (ΔH), entropía (ΔS), temperatura (T) o energía libre de Gibbs (ΔS). Como la fórmula se puede leer al revés o en cualquier sentido, basta con poner todos los datos que tengas y ver cómo aparece el cuarto número.
Conocer la teoría de lo que es la energía de Gibbs sin saber utilizarla en la práctica no le sirve a nadie. Por eso hemos preparado un sencillo ejemplo de cómo calcular la energía libre de Gibbs con esta herramienta. Imagina que tienes una reacción y conoces su entropía inicial, su entalpía y que ocurre a 20°C. Además, también hay una nota sobre la entropía y la entalpía finales.
Unidad de energía libre de Gibbs
El término de entalpía representa el cambio en la energía interna del sistema. ¿Qué representa el término de entropía? ¿Actúa como una “reserva” extra de energía almacenada como energía potencial o alguna otra cantidad?
Sé que la entropía de un sistema es la integral de $1/T$ de los alrededores contra el calor absorbido por el sistema, pero entonces ¿significa eso que este término de entropía es sólo energía absorbida por el sistema a lo largo del proceso? Estoy pensando en una reacción que produce un gas que realiza un trabajo mecánico sobre el entorno. ¿Sería ese trabajo lo que representa el término de entropía?
La mayoría de las transformaciones que observamos en la naturaleza no implican sistemas aislados, sino sistemas en contacto térmico con el entorno. En estos casos podemos considerar el entorno como un termostato a $T$. Para un sistema que intercambia calor con el entorno podemos afirmar
Energía libre de Helmholtz
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.
Energía libre de Gibbs de la combustión del metano
En termodinámica, la energía libre de Gibbs (nombre recomendado por la IUPAC: energía de Gibbs o función de Gibbs) es un potencial termodinámico que mide el trabajo “útil” o iniciador del proceso que se puede obtener de un sistema termodinámico isotérmico e isobárico. Técnicamente, la energía libre de Gibbs es la cantidad máxima de trabajo no expansivo que puede extraerse de un sistema cerrado o este máximo sólo puede alcanzarse en un proceso completamente reversible. Cuando un sistema pasa de un estado inicial bien definido a un estado final bien definido, la energía libre de Gibbs ΔG es igual al trabajo intercambiado por el sistema con su entorno, menos el trabajo de las fuerzas de presión, durante una transformación reversible del sistema desde el mismo estado inicial al mismo estado final[1].
La energía de Gibbs es también el potencial químico que se minimiza cuando un sistema alcanza el equilibrio a presión y temperatura constantes. Como tal, es un criterio conveniente de espontaneidad para procesos con presión y temperatura constantes.