La energía libre de Gibbs, también conocida como energía de Gibbs, función de Gibbs o entalpía libre en termodinámica, es el potencial termodinámico. Se usa para calcular cuánto trabajo puede hacer un sistema termodinámico a presión y temperatura constantes. Veamos el concepto de la fórmula de energía libre de Gibbs.
¿Qué es la energía libre de Gibbs?
Para calcular los cambios en los valores de entropía y entalpía, Willard Gibbs desarrolló la función de energía de Gibbs (G).
La cantidad de energía creada, medida por una disminución en el parámetro termodinámico conocido como energía libre de Gibbs, es el mayor trabajo realizado.
Además, cuando un sistema entra en equilibrio químico a temperatura y presión constantes, la energía de Gibbs es el potencial termodinámico que se minimiza. También podemos establecer si una reacción es preferida o desfavorecida utilizando la fórmula de Gibbs.
La energía libre de Gibbs es un término que describe cuánto trabajo se puede realizar en un sistema termodinámico cuando la temperatura y la presión permanecen constantes. G se usa para representar la energía libre de Gibb. Las unidades SI de la energía libre de Gibb son julios o kilojulios. La energía libre de Gibbs es la mayor cantidad de trabajo que puede recolectar un sistema cerrado.
Fórmula de energía libre de Gibbs
La fórmula de energía libre de Gibbs es la siguiente:
ΔG = ΔH – TΔS
dónde,
- ΔG = Energía libre de Gibbs,
- ΔH = cambio de entalpía,
- T = Temperatura (Kelvin),
- ΔS = cambio de entropía.
Derivación de la fórmula de energía libre de Gibbs
Ya que,
G = H – TS …..(1)
Tenemos la entalpía,
H = U + PV
Ponga el valor de H en la Ecuación 1, obtenemos
G = U + VP – TS
Los cambios de energía libre de Gibbs se pueden escribir como
ΔG = ΔU + Δ(PV) – Δ(TS)
o
ΔG = ΔU + ΔPV + PΔV – ΔTS – TΔS
ΔT=0 y ΔP=0 si el cambio se realiza a la misma temperatura y presión.
ΔG = ΔU + PΔV – TΔS
Aquí,
ΔH = ΔU + PΔV
o
G = ΔH – TΔS
Ejemplo de fórmula de energía libre de Gibbs: la energía libre de Gibbs es negativa en procesos espontáneos como el derretimiento del hielo a temperatura ambiente, la síntesis de amoníaco (NH 3 ) a partir de nitrógeno (N 2 ) e hidrógeno gaseoso (H 2 ).
Fórmula de energía libre de Gibbs en espontaneidad y electroquímica
La ecuación de Gibbs-Helmholtz establece que,
ΔG = ΔH – TΔS
ΔG debe ser negativo (ΔG < 0) para que la respuesta sea espontánea. Las siguientes condiciones pueden hacer que ΔG sea negativo:
- TΔS es positivo mientras que ΔH es negativo.
- TΔS y ΔH ambos tienen un valor negativo. TΔS se opone al proceso espontáneo en este ejemplo, mientras que ΔH lo promueve. Como resultado, si ΔH > TΔS es cierto, el proceso puede ser espontáneo.
- ΔH y TΔS son ambos afirmativos. TΔS prefiere la reacción espontánea en este escenario, mientras que ΔH se opone. Como resultado, si ΔH < TΔS está presente, el procedimiento puede ser espontáneo.
El proceso no tiene lugar si ΔG es 0, o si el sistema está en equilibrio.
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: ¿Cuál es el significado del cambio de energía libre de Gibbs?
Responder:
La espontaneidad de la reacción se predice utilizando la energía de Gibbs. Los cambios de energía libre de Gibbs son negativos para las reacciones espontáneas. También se utiliza en la ecuación ΔG o =-2.303RTlogK C para obtener la constante de equilibrio.
Pregunta 2: ¿Qué hace que la energía libre de Gibbs sea tan especial?
Respuesta :
Porque, la energía es liberada al medio ambiente por el sistema durante la reacción. Por lo tanto, la energía libre de Gibbs se denomina energía libre.
Pregunta 3: La entalpía de fusión para derretir hielo a 25°C es 7,12 KJmol -1 y la entropía de fusión es 2,54 JK -1 mol -1 . Calcule el cambio de energía libre y determine si el derretimiento del hielo a esta temperatura es espontáneo o no.
Responder:
Dado: ΔH = 7,12 KJmol -1 = 7120 Jmol -1 , ΔS = 3,11 JK -1 mol -1 , T = 45°C = 45 + 273 = 318 K
Ya que,
ΔG = ΔH – TΔS
ΔG = 7120 – (318 × 3,11)
= 7120 – 988,98
= 6131 Jmol -1
Debido a que ΔG es positivo, el derretimiento del hielo no es de naturaleza espontánea.
Pregunta 4: Calcular ΔG o para la siguiente reacción:
Zn(s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu(s)
Cu 2+ (aq) tiene una energía libre estándar de 56,19 KJ/mol, mientras que Zn 2+ (aq) tiene una energía libre estándar de -137,1 KJ/mol.
Respuesta :
ΔG o = ∑G o (producto) – ∑G o (reactivos)
∴ ΔG o = (-137,1 + 0) – (56,19 + 0)
= -137,1 – 56,19
= -193,29 J/mol
Pregunta 5: Cuando el cambio de entalpía es de 3,12 kJ/mol a una temperatura de 32 grados C y el cambio de entropía es de 2,55 J/K/mol, calcule la energía libre de Gibbs.
Responder:
Dado: ΔH = 3,12 KJmol -1 = 3120 Jmol -1 , ΔS = 2,55 JK -1 mol -1 , T = 32°C = 32 + 273 = 305 K
Ya que,
ΔG = ΔH – TΔS
∴ ΔG = 3120 – (305 × 2,55)
= 3120 – 777,75
= 2342 J/mol
Pregunta 6: Calcule el cambio de entalpía cuando la energía libre de Gibbs es de 3217,2 J/mol a 451 K y el cambio de entropía es de 1,82 J/K/mol.
Responder:
Dado : ΔG = 3217,2 Jmol -1 , ΔS = 1,82 JK -1 mol -1 , T = 451 K
Ya que,
ΔG = ΔH – TΔS
∴ ΔH = ΔG + TΔS
= 3217,2 + (451 × 1,82)
= 3217,2 + 820,82
= 4038 J/mol
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Artículo escrito por swapnilkalyani96 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA