Generador de energía libre
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Tabla de contenidosLa energía libre de Gibbs es la energía asociada a un proceso químico que puede utilizarse para realizar un trabajo. Es una función de estado que se define en términos de otras tres funciones de estado: entalpía, temperatura y entropía. Se denota con el símbolo G. La fórmula de la energía libre de Gibbs de un sistema viene dada por la entalpía menos el producto de la temperatura y la entropía [1-4].
El cambio en la energía libre de Gibbs es un término útil para determinar la espontaneidad de un proceso termodinámico. Se define como la diferencia entre las energías libres de Gibbs de los estados final e inicial del sistema [2].
Este cambio ΔG depende únicamente de los valores inicial y final de la energía libre y es independiente del camino recorrido. Esto significa que ΔG es independiente del mecanismo de reacción. De la ecuación para G, obtenemos
El significado de la ecuación anterior es determinar la importancia relativa de los términos de entalpía y entropía como fuerzas que impulsan una reacción química particular. Esta ecuación se utiliza para determinar la espontaneidad de la reacción y predecir en qué dirección procede: hacia adelante o hacia atrás. Veamos algunos casos en los que el valor de ΔG depende totalmente de los valores de ΔH y TΔS.
Energía libre de Gibbs cero
¿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.
Energía libre de Gibbs estándar
La dirección del cambio espontáneo es la dirección en la que aumenta la entropía total. El cambio de entropía total, también llamado cambio de entropía del universo, es la suma del cambio de entropía de un sistema y de su entorno:
Cambio de energía libre estándar, DGo -el cambio de energía libre estándar, DGo puede calcularse (1) sustituyendo las entalpías y entropías estándar de reacción y una temperatura Kelvin en la ecuación de Gibbs o (2) combinando las energías libres estándar de formación mediante la expresión
Empezando por el cambio de energía libre a temperatura constante DG° = DH° – TDS°, y con la relación entre DG y la constante de equilibrio, K: DG° = -RT lnK, derive una ecuación lineal que exprese lnK en función de 1/T (una ecuación lineal es de la forma y = mx + b).
Calculadora de energía libre de Gibbs
La energía libre de Gibbs, denominada \ (G\), combina la entalpía y la entropía en un solo valor. El cambio en la energía libre, \(\Delta G\), es igual a la suma de la entalpía más el producto de la temperatura y la entropía del sistema. \( \Delta G\) puede predecir la dirección de la reacción química bajo dos condiciones:
Si \(ΔG\) es positivo, entonces la reacción es no espontánea (es decir, es necesario un aporte de energía externa para que se produzca la reacción) y si es negativo, entonces es espontánea (ocurre sin aporte de energía externa).
La energía de Gibbs fue desarrollada en la década de 1870 por Josiah Willard Gibbs. Originalmente denominó a esta energía como la “energía disponible” en un sistema. Su artículo publicado en 1873, “Graphical Methods in the Thermodynamics of Fluids”, describía cómo su ecuación podía predecir el comportamiento de los sistemas cuando se combinan. Esta cantidad es la energía asociada a una reacción química que puede utilizarse para realizar trabajo, y es la suma de su entalpía (H) y el producto de la temperatura y la entropía (S) del sistema. Esta cantidad se define como sigue:
