Energía Libre De Gibbs

Energía libre de Gibbs

Es un potencial termodinámico, es decir, una función de estado extensiva con unidades de energía, que da la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química (a presión y temperatura constantes). Sirve para calcular si una reacción ocurre de forma espontánea tomando en cuenta solo las variables del sistema. Fue desarrollada en los años 1870 por el físico-matemático estadounidense Williard Gibbs.

Se maneja en cálculos termodinámicos en equilibrio, ya que el equilibrio químico entre dos sistemas implica la igualdad de potenciales químicos y su uso facilita los cálculos.

Para determinar si un proceso es o no espontáneo, hay que tomar en consideración la variación de la entalpía y de la entropía, puesto que algunas veces se contradicen. Por un lado, la entalpía nos dice que un proceso tiende a la espontaneidad, mientras que la entropía manifiesta lo contrario. Así, es necesario evaluar a ambas para establecer si un proceso definitivamente es o no espontáneo en ciertas condiciones.

La energía libre de Gibbs es: la energía liberada por un sistema para realizar trabajo útil a presión constante. Ésta se representa con el símbolo G y considera ambos cambios de tal forma que:

∆G = ∆H – T∆S

Donde H es la entalpía ; T es la temperatura y S es la entropía del sistema.

La variación de la energía libre ∆G, es una función de estado y tiene unidades de energía. Así, si en una reacción química se libera trabajo útil sin importar lo que ocurra en el universo el ∆G es negativo y por lo tanto será una reacción espontánea, puesto que considera la dispersión de la energía ∆H = - y la dispersión de la materia ∆S = + en el sistema.

De esta manera, si una reacción ocurre a bajas temperaturas con un cambio pequeño de entropía, entonces el término TDS será insignificante y DG dependerá principalmente de DH.

Las reacciones endotérmicas ocurren solamente si TDS es grande. La temperatura tiene que ser alta o tiene que haber aumento grande en la entropía para que predomine este término y sea el que determine el valor del ∆G.

Si:

∆G < 0 La reacción es espontánea en el sentido establecido.

∆G > 0 La reacción no es espontánea en el sentido establecido.

∆G = 0 El sistema está en equilibrio.

La energía estándar de reacción, es el cambio de la energía estándar de productos menos el cambio de la energía estándar de reactivos

∆G0 reacción = ∑n ∆G0 productos – ∑n ∆G0 reactivos

Se considera para los elementos en su forma más estable en condiciones estándares ∆G0 = 0.

Cambios de energía libre estándar

La energía libre de reacción, se denota, , es el cambio de energía en una reacción a condiciones estándares. En esta reacción los reactivos en su estado estándar se convierten en productos en su estado estándar.

Dada la siguiente ecuación química:

La energía libre se calcula como

Donde A y B son los reactivos en estado estándar y; C y D son los productos en su estado estándar. Además a, b, c y d son sus respectivos coeficientes estequiométricos.

en general:

donde ni y mj son la multiplicación de los coeficientes estequiométricos.

Así como en el cálculo de la entalpía, en la energía libre estándar de formación para cualquier elemento en su forma estable (1 atm y 25ºC) es 0

La energía de Gibbs molar de reacción se puede relacionar de manera conveniente con la constante de equilibrio de la reacción según la siguiente ecuación:

La variación de energía libre de Gibbs para un proceso a temperatura y presión constantes viene dada por:

La temperatura puede

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