Energia Libre de Gibbs

Energia Libre de Gibbs

Fue la primera persona a la que se le otorgo un doctorado en Ciencias por una universidad estadounidense (Yale, 1863). Desde 1871 hasta su muerte tuvo a su cargo la cátedra de fisicomatemáticas de Yale. Gibbs formuló gran parte de los fundamentos teóricos que dieron origen al desarrollo de la termodinámica química. J. Gibbs propuso una nueva función de estado que ahora conocemos como energía libre de Gibbs o simplemente energía libre, la cual se simboliza con la letra G.

 Energia Libre 

La energía libre (G) de un estado se define como: G= H – TS Donde T es la temperatura absoluta. En un proceso que se lleva a cabo a temperatura constante, el cambio de energía libre del sistema, ∆G, está dado por la expresión: ∆G = ∆H – T∆S Para ver como la función G se relaciona con la espontaneidad de reacción, recuérdese que para una reacción que ocurre a temperatura y presión constante:
Si se comparan las anteriores ecuaciones se ve el cambio de energía libre de un proceso que se lleva a cabo a temperatura y presión constante ∆G y la espontaneidad de una reacción es la siguiente: =) si ∆G es negativo, la reacción es espontanea en el sentido directo =) si ∆G es cero, la reacción esta en equilibrio =) si ∆G es positivo, la reacción en el sentido directo no es espontanea; es necesario aportar trabajo desde el entorno para que se lleve a cabo. En cambio, la reacción inversa será espontánea.
La analogía entre el cambio de energía potencial de una roca que rueda cuesta abajo (a) y en el cabio de energía libre de una reacción espontanea (b). En (a) la posición de equilibrio esta dada por la energía potencial mínima de que dispone el sistema. En (b) la posición de equilibrio esta dada por la energía libre mínima de que dispone el sistema.
Se suele establecer una analogía entre el cambio de energía libre durante una reacción espontanea y el cambio de energía potencial cuando una roca rueda cuesta abajo por una pendiente. La energía potencial del campo gravitatorio "impulsa" la roca hasta que esta alcanza un estado de energía potencial mínima en el valle. De modo análogo, la energía libre de un sistema químico disminuye hasta alcanzar una valor mínimo. Cuando se alcanza este mínimo, existe un estado de equilibrio. En todo proceso espontaneo a temperatura y presión constantes, la energía libre siempre disminuye.
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g Una de las aplicaciones importantes de las reacciones químicas es la producción de energía en forma de trabajo útil, donde útil significa que estamos excluyendo el trabajo hecho por un cambio en volumen contra una presión externa (trabajo PV). Por ejemplo, en la combustión de petróleo, se libera calor que se utiliza para generar vapor que puede producir trabajo mecánico o el trabajo eléctrico que se puede obtener de una celda electroquímica, estos son ejemplos de trabajo útil. La energía libre de Gibbs lleva ese nombre porque es la parte de la energía de un sistema que se puede convertir libremente en trabajo útil a temperatura y presión constante. El problema es controlar la energía útil y transformarla a trabajo sin que se pierda en calor. Solo reacciones espontáneas para las cuales la energía libre de Gibbs disminuye durante la reacción pueden hacer trabajo útil. Según disminuye la energía libre, la capacidad de hacer trabajo va disminuyendo hasta que el sistema llega a equilibrio. En este estado ya el sistema no puede hacer trabajo útil y tanto los reactivos como los productos tienen la misma energía libre, ∆DG = 0
Para la reacción: Fe2O2(s) + 3 H2(g) º 2 Fe(2) + 3 H2O Determine: ∆DH , DG a 25°C dado los siguientes datos: Propiedad ∆Hf°, (Kcal/mol) S°, (cal/mol K) Fe2O3(s) -196.5 21.5 H2(g) 0 32.1 Fe(s) 0 6.5 H2O -68.3 16.7 (Respuesta: DH = -8.4 Kcal/mol, DS = -0.052 Kcal/mol)

Bárbara Scarlett Betancourt Morales
EES
http://www.slideshare.net/guest9b7ee149/energia-libre-de-gibbs

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