Fórmula de la 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:
Calculadora 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 procesos como las reacciones químicas que pueden ocurrir bajo 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
Energía libre de Gibbs cero
Por lo tanto, el potencial eléctrico representa la intensidad de la energía eléctrica. Conceptualmente, es fundamentalmente diferente de la energía eléctrica, que es proporcional al tamaño del sistema y es una cantidad extensiva.Otro ejemplo familiar para el potencial es el potencial gravitacional o la intensidad de la energía gravitacional, que es la energía potencial gravitacional por unidad de masa. Del mismo modo, la temperatura, T, que puede considerarse el potencial térmico o la intensidad de energía térmica, es la energía potencial térmica, UT, que posee una unidad de materia térmica, o una unidad de entropía S
Definición de potencial químicoJosiah Willard Gibbs introdujo formalmente el concepto de potencial químico hace aproximadamente 140 años en su artículo fundacional.1 Gibbs no sólo estableció la belleza matemática de la termodinámica formulando la ecuación fundamental de la termodinámica de un sistema, sino que también introdujo el concepto de potencial químico, que originalmente llamó potencial intrínseco. El establecimiento de la ecuación fundamental y la introducción del potencial químico marcaron el nacimiento de la termodinámica química e hicieron posible la aplicación de la termodinámica a la ciencia y la ingeniería de materiales.Figura 1Ilustración esquemática del potencial químico µ de una solución binaria \({A_{X_A}}{B_{X_B}} y los potenciales químicos µA y uB de las especies individuales A y B en función de la composición. \El potencial químico de una sustancia química, µ, puede definirse sencillamente como la energía química (Uc) que posee 1 mol de la sustancia, por analogía directa con el potencial eléctrico, el potencial gravitatorio, el potencial térmico y el potencial mecánico.
Cálculo de la energía libre de Gibbs
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.
