17.6: Energía Libre de Gibbs

La segunda ley de la termodinámica establece que para todos los procesos espontáneos, la entropía del universo, la suma de la entropía del sistema y la entropía del entorno, aumenta. Si bien la entropía del sistema se puede calcular a partir de entropías molares estándar, la entropía del entorno es más difícil de calcular o medir. Por lo tanto, J.Willard Gibbs definió una nueva función de la termodinámica, que permite determinar la espontaneidad únicamente a través de la entropía y entalpía del sistema y no del entorno.

Recuerde que en condiciones de presión y temperatura constantes, el delta S del entorno es igual al delta H negativo del sistema dividido por la temperatura, T.Este término puede sustituirse en la ecuación que representa la segunda ley. Cuando ambos lados se multiplican por T negativo, la ecuación ahora se vuelve negativa T veces el delta S del universo es igual al delta H del sistema menos T veces el delta S del sistema. Las funciones termodinámicas del lado derecho de la ecuación dependen únicamente del sistema.

Debido a que tanto la entalpía como la entropía son funciones de estado, una nueva función de estado se puede definir como T negativo multiplicado por la entropía del universo. A este nuevo término se lo conoce Como energía libre de Gibbs y se indica con la letra G.La ecuación para delta G conduce a un nuevo criterio para las reacciones espontáneas. La diferencia entre el cambio de entalpía y la temperatura del cambio de entropía debe ser menor que cero.

Delta G también se conoce como el potencial químico porque es similar a la energía potencial mecánica de un sistema. Así como una bola siempre rodará cuesta abajo para reducir su energía potencial, una reacción química procede a reducir su potencial químico. Por lo tanto, a temperatura y presión constantes, si la energía libre del sistema disminuye, es decir, el delta G es menor que cero, la reacción es espontánea.

Por el contrario, si la energía libre del sistema aumenta, El delta G es mayor que cero, y la reacción no es espontánea. Si delta G es igual a cero, entonces los reactivos y los productos están en equilibrio.