Energia livre de Gibbs - Gibbs free energy

Termodinâmica
O motor térmico clássico de Carnot
Galhos Clássico Estatístico Químico Termodinâmica quântica Equilíbrio  / Não equilíbrio
Leis Zero Primeiro Segundo Terceiro
Sistemas Sistema fechado Sistema isolado Estado Equação de estado Gás ideal Gás real Estado da matéria Fase (matéria) Equilíbrio Volume de controle Instrumentos Processos Isobárico Isocórico Isotérmico Adiabático Isentrópico Isentálpico Quasistático Politrópico Expansão grátis Reversibilidade Irreversibilidade Endoreversibilidade Ciclos Motores térmicos Bombas de calor Eficiência térmica
Propriedades do sistema Nota: Variáveis ​​conjugadas em itálico Diagramas de propriedade Propriedades intensivas e extensas Funções de processo Trabalhar Aquecer Funções de estado Temperatura  / Entropia  ( introdução ) Pressão  / Volume Potencial químico  / número de partículas Qualidade do vapor Propriedades reduzidas
Propriedades do material Bancos de dados de propriedades Capacidade de calor específica  ${\ displaystyle c =}$ ${\ displaystyle T}$ ${\ displaystyle \ parcial S}$ ${\ displaystyle N}$ ${\ displaystyle \ parcial T}$ Compressibilidade  ${\ displaystyle \ beta = -}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ parcial V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\ displaystyle \ parcial p}$ Expansão térmica  ${\ displaystyle \ alpha =}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ parcial V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\ displaystyle \ parcial T}$
Equações Teorema de Carnot Teorema de Clausius Relação fundamental Lei do gás ideal Relações de Maxwell Relações recíprocas do Onsager Equações de Bridgman Tabela de equações termodinâmicas
Potenciais Energia livre Entropia livre
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Categoria
v t e

Em termodinâmica , a energia livre de Gibbs (ou energia de Gibbs ) é um potencial termodinâmico que pode ser usado para calcular o trabalho reversível máximo que pode ser executado por um sistema termodinâmico a uma temperatura e pressão constantes . A energia livre de Gibbs ( , medida em joules no SI ) é a quantidade máxima de trabalho de não expansão que pode ser extraída de um sistema termodinamicamente fechado (aquele que pode trocar calor e trabalhar com seus arredores, mas não matéria). Este máximo só pode ser alcançado em um processo totalmente reversível . Quando um sistema se transforma reversivelmente de um estado inicial para um estado final, a diminuição da energia livre de Gibbs é igual ao trabalho realizado pelo sistema em seus arredores, menos o trabalho das forças de pressão . ${\ displaystyle \ Delta G = \ Delta HT \ Delta S}$

A energia de Gibbs (símbolo ) também é o potencial termodinâmico que é minimizado quando um sistema atinge o equilíbrio químico a pressão e temperatura constantes. Sua derivada em relação à coordenada de reação do sistema desaparece no ponto de equilíbrio. Como tal, uma redução é necessária para que uma reação seja espontânea a pressão e temperatura constantes. ${\ displaystyle G}$${\ displaystyle G}$

A energia livre de Gibbs, originalmente chamada de energia disponível , foi desenvolvida na década de 1870 pelo cientista americano Josiah Willard Gibbs . Em 1873, Gibbs descreveu esta "energia disponível" como

a maior quantidade de trabalho mecânico que pode ser obtido a partir de uma dada quantidade de uma determinada substância em um determinado estado inicial, sem aumentar seu volume total ou permitir que o calor passe de ou para corpos externos, exceto como no encerramento dos processos. deixados em sua condição inicial.

O estado inicial do corpo, de acordo com Gibbs, é suposto ser tal que "o corpo pode ser levado a estados de energia dissipada por processos reversíveis ". Em seu magnum opus de 1876 Sobre o Equilíbrio de Substâncias Heterogêneas , uma análise gráfica de sistemas químicos multifásicos, ele dedicou totalmente seus pensamentos à energia livre de produtos químicos.

Se os reagentes e produtos estão todos em seus estados padrão termodinâmicos , a equação definidora é escrita como . ${\ displaystyle \ Delta G ^ {\ circ} = \ Delta H ^ {\ circ} -T \ Delta S ^ {\ circ}}$

Visão geral

A reação C _(s) ^diamante  → C _(s) ^grafite tem uma mudança negativa na energia livre de Gibbs e é, portanto, termodinamicamente favorável a 25 ° C e 1 atm. No entanto, a reação é muito lenta para ser observada, por causa de sua energia de ativação muito alta . Se uma reação é termodinamicamente favorável não determina sua taxa.

De acordo com a segunda lei da termodinâmica , para sistemas reagindo em condições padrão de temperatura e pressão (ou qualquer outra temperatura e pressão fixas), há uma tendência natural geral de atingir um mínimo da energia livre de Gibbs.

Uma medida quantitativa da favorabilidade de uma dada reação a temperatura e pressão constantes é a mudança Δ G (às vezes escrita "delta G " ou "d G ") na energia livre de Gibbs que é (ou seria) causada pela reação. Como uma condição necessária para que a reacção ocorra a uma temperatura e pressão constante, Δ L deve ser menor do que o não-pressão-volume (não- PV , por exemplo, eléctrico) de trabalho , o que é muitas vezes igual a zero (por isso Δ L deve ser negativo ) Δ G é igual à quantidade máxima de trabalho não PV que pode ser realizado como resultado da reação química para o caso de processo reversível. Se a análise indica um Δ G positivo para uma reação, então a energia - na forma de trabalho elétrico ou outro trabalho não FV - teria que ser adicionada ao sistema de reação para Δ G ser menor do que o trabalho não FV e torná-lo possível que a reação ocorra.

Pode-se pensar em ∆G como a quantidade de energia "gratuita" ou "útil" disponível para o trabalho. A equação também pode ser vista da perspectiva do sistema em conjunto com seus arredores (o resto do universo). Primeiro, supõe-se que a reação dada a temperatura e pressão constantes é a única que está ocorrendo. Então, a entropia liberada ou absorvida pelo sistema é igual à entropia que o ambiente deve absorver ou liberar, respectivamente. A reação só será permitida se a variação total da entropia do universo for zero ou positiva. Isso se reflete em um Δ G negativo , e a reação é chamada de processo exergônico .

Se duas reações químicas são acopladas, então uma reação endergônica de outra forma (uma com Δ G positivo ) pode acontecer. A entrada de calor em uma reação endergônica inerente, como a eliminação de ciclohexanol em ciclohexeno , pode ser vista como o acoplamento de uma reação desfavorável (eliminação) a uma favorável (queima de carvão ou outro fornecimento de calor), de modo que a entropia total muda do universo é maior ou igual a zero, tornando negativa a diferença de energia livre de Gibbs total das reações acopladas.

No uso tradicional, o termo "livre" foi incluído em "Energia livre de Gibbs" para significar "disponível na forma de trabalho útil". A caracterização torna-se mais precisa se adicionarmos a qualificação de que é a energia disponível para trabalho sem pressão-volume. (Um significado análogo, mas ligeiramente diferente, de "livre" se aplica em conjunto com a energia livre de Helmholtz , para sistemas em temperatura constante). No entanto, um número crescente de livros e artigos de periódicos não inclui o anexo "grátis", referindo-se a G simplesmente como "energia de Gibbs". Este é o resultado de uma reunião da IUPAC em 1988 para definir terminologias unificadas para a comunidade científica internacional, na qual a remoção do adjetivo "grátis" foi recomendada. Esse padrão, entretanto, ainda não foi adotado universalmente.

O nome "entalpia livre" também foi usado para G no passado.

História

A quantidade chamada "energia livre" é uma substituição mais avançada e precisa do termo desatualizado afinidade , que era usado pelos químicos nos primeiros anos da físico-química para descrever a força que causava as reações químicas .

Em 1873, Josiah Willard Gibbs publicou Um Método de Representação Geométrica das Propriedades Termodinâmicas de Substâncias por Meio de Superfícies , no qual ele esboçou os princípios de sua nova equação que foi capaz de prever ou estimar as tendências de vários processos naturais que ocorrem quando os corpos ou sistemas são colocados em contato. Ao estudar as interações de substâncias homogêneas em contato, ou seja, corpos compostos de parte sólida, parte líquida e parte vapor, e usando um gráfico de volume tridimensional - entropia - energia interna , Gibbs foi capaz de determinar três estados de equilíbrio, isto é, "necessariamente estável", "neutro" e "instável", e se mudanças ocorreriam ou não. Além disso, Gibbs afirmou:

Nesta descrição, conforme usada por Gibbs, ε refere-se à energia interna do corpo, η refere-se à entropia do corpo e ν é o volume do corpo ...

A partir de então, em 1882, o cientista alemão Hermann von Helmholtz caracterizou a afinidade como a maior quantidade de trabalho que pode ser obtida quando a reação é realizada de forma reversível, por exemplo, trabalho elétrico em uma célula reversível. O trabalho máximo é, portanto, considerado como a diminuição da energia livre, ou disponível, do sistema ( energia livre de Gibbs G em T = constante, P = constante ou energia livre de Helmholtz F em T = constante, V = constante), enquanto o o calor liberado é geralmente uma medida da diminuição da energia total do sistema ( energia interna ). Assim, G ou F é a quantidade de energia "livre" para trabalhar nas condições dadas.

Até então, a visão geral era tal que: “todas as reações químicas conduzem o sistema a um estado de equilíbrio no qual as afinidades das reações desaparecem”. Nos 60 anos seguintes, o termo afinidade foi substituído pelo termo energia livre. De acordo com o historiador da química Henry Leicester, o influente livro de 1923 Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances, de Gilbert N. Lewis e Merle Randall, levou à substituição do termo "afinidade" pelo termo "energia livre" em grande parte do mundo. mundo falante.

Definições

Gráfico da energia disponível ( energia livre) de Willard Gibbs de 1873 , que mostra um plano perpendicular ao eixo de v ( volume ) e passando pelo ponto A, que representa o estado inicial do corpo. MN é a seção da superfície da energia dissipada . Q ε e Q η são seções dos planos η = 0 e ε = 0 e, portanto, paralelas aos eixos de ε ( energia interna ) e η ( entropia ), respectivamente. AD e AE são a energia e entropia do corpo em seu estado inicial, AB e AC sua energia disponível ( energia livre de Gibbs) e sua capacidade de entropia (a quantidade pela qual a entropia do corpo pode ser aumentada sem alterar a energia de corpo ou aumentando seu volume), respectivamente.

A energia livre de Gibbs é definida como

$${\ displaystyle G (p, T) = U + pV-TS,}$$

que é o mesmo que

$${\ displaystyle G (p, T) = H-TS,}$$

Onde:

• U é a energia interna (unidade SI: joule ),
• p é a pressão (unidade SI: pascal ),
• V é o volume (unidade SI: m ³ ),
• T é a temperatura (unidade SI: Kelvin ),
• S é a entropia (unidade SI: joule por Kelvin),
• H é a entalpia (unidade SI: joule).

A expressão para a variação reversível infinitesimal na energia livre de Gibbs em função de suas "variáveis ​​naturais" p e T , para um sistema aberto , submetido à operação de forças externas (por exemplo, elétricas ou magnéticas) X _i , que causam os parâmetros externos do sistema a _i mudem em uma quantidade d a _i , podem ser derivados da seguinte forma a partir da primeira lei para processos reversíveis:

$${\ displaystyle {\ begin {alinhados} T \, \ mathrm {d} S & = \ mathrm {d} U + p \, \ mathrm {d} V- \ sum _ {i = 1} ^ {k} \ mu _ {i} \, \ mathrm {d} N_ {i} + \ sum _ {i = 1} ^ {n} X_ {i} \, \ mathrm {d} a_ {i} + \ cdots \\\ mathrm {d} (TS) -S \, \ mathrm {d} T & = \ mathrm {d} U + \ mathrm {d} (pV) -V \, \ mathrm {d} p- \ sum _ {i = 1} ^ {k} \ mu _ {i} \, \ mathrm {d} N_ {i} + \ sum _ {i = 1} ^ {n} X_ {i} \, \ mathrm {d} a_ {i} + \ cdots \\\ mathrm {d} (U-TS + pV) & = V \, \ mathrm {d} pS \, \ mathrm {d} T + \ sum _ {i = 1} ^ {k} \ mu _ {i} \, \ mathrm {d} N_ {i} - \ sum _ {i = 1} ^ {n} X_ {i} \, \ mathrm {d} a_ {i} + \ cdots \\\ mathrm { d} G & = V \, \ mathrm {d} pS \, \ mathrm {d} T + \ sum _ {i = 1} ^ {k} \ mu _ {i} \, \ mathrm {d} N_ {i} - \ sum _ {i = 1} ^ {n} X_ {i} \, \ mathrm {d} a_ {i} + \ cdots \ end {alinhado}}}$$

Onde:

• µ _i é o potencial químico do i -ésimo componente químico . (Unidade SI: joules por partícula ou joules por mol)
• N _i é o número de partículas (ou número de moles) que compõem o i -ésimo componente químico.

Esta é uma forma da equação fundamental de Gibbs . Na expressão infinitesimal, o termo que envolve o potencial químico é responsável por mudanças na energia livre de Gibbs resultante de um influxo ou saída de partículas. Em outras palavras, é válido para um sistema aberto ou para um sistema fechado reagindo quimicamente, onde os N _i estão mudando. Para um sistema fechado e sem reação, este termo pode ser eliminado.

Qualquer número de termos extras pode ser adicionado, dependendo do sistema particular que está sendo considerado. Além do trabalho mecânico , um sistema pode, além disso, realizar vários outros tipos de trabalho. Por exemplo, na expressão infinitesimal, a energia de trabalho contrátil associada a um sistema termodinâmico que é uma fibra contrátil que se encurta em um valor −d l sob uma força f resultaria na adição de um termo f d l . Se uma quantidade de carga −d e é adquirida por um sistema a um potencial elétrico Ψ, o trabalho elétrico associado a isso é −Ψ d e , que estaria incluído na expressão infinitesimal. Outros termos de trabalho são adicionados de acordo com os requisitos do sistema.

Cada quantidade nas equações acima pode ser dividida pela quantidade de substância, medida em moles , para formar a energia livre de Gibbs molar . A energia livre de Gibbs é uma das funções termodinâmicas mais importantes para a caracterização de um sistema. É um fator determinante de resultados, como a voltagem de uma célula eletroquímica e a constante de equilíbrio para uma reação reversível . Em sistemas isotérmicos e isobáricos, a energia livre de Gibbs pode ser considerada uma quantidade "dinâmica", pois é uma medida representativa dos efeitos concorrentes das forças motrizes entálpicas e entrópicas envolvidas em um processo termodinâmico.

Relação com outros parâmetros relevantes

A dependência da energia de Gibbs com a temperatura para um gás ideal é dada pela equação de Gibbs-Helmholtz , e sua dependência da pressão é dada por

$${\ displaystyle {\ frac {G} {N}} = {\ frac {G ^ {\ circ}} {N}} + kT \ ln {\ frac {p} {p ^ {\ circ}}}.}$$

ou mais convenientemente como seu potencial químico :

$${\ displaystyle {\ frac {G} {N}} = \ mu = \ mu ^ {\ circ} + kT \ ln {\ frac {p} {p ^ {\ circ}}}.}$$

Em sistemas não ideais, a fugacidade entra em jogo.

Derivação

O diferencial total da energia livre de Gibbs em relação às variáveis ​​naturais pode ser derivado por transformações de Legendre da energia interna .

${\ displaystyle \ mathrm {d} U = T \, \ mathrm {d} Sp \, \ mathrm {d} V + \ sum _ {i} \ mu _ {i} \, \ mathrm {d} N_ {i} .}$

A definição de G acima é

${\ displaystyle G = U + pV-TS}$.

Tomando o diferencial total, temos

${\ displaystyle \ mathrm {d} G = \ mathrm {d} U + p \, \ mathrm {d} V + V \, \ mathrm {d} pT \, \ mathrm {d} SS \, \ mathrm {d } T.}$

Substituir d U pelo resultado da primeira lei dá

${\ displaystyle {\ begin {alinhados} \ mathrm {d} G & = T \, \ mathrm {d} Sp \, \ mathrm {d} V + \ sum _ {i} \ mu _ {i} \, \ mathrm { d} N_ {i} + p \, \ mathrm {d} V + V \, \ mathrm {d} pT \, \ mathrm {d} SS \, \ mathrm {d} T \\ & = V \, \ mathrm {d} pS \, \ mathrm {d} T + \ sum _ {i} \ mu _ {i} \, \ mathrm {d} N_ {i}. \ end {alinhado}}}$

As variáveis ​​naturais de G são então p , T e { N _i }.

Sistemas homogêneos

Como S , V e N _i são variáveis ​​extensas , uma integral de Euler permite fácil integração de d U :

${\ displaystyle U = TS-pV + \ sum _ {i} \ mu _ {i} N_ {i}.}$

Como algumas das variáveis ​​naturais de G são intensivas, d G pode não ser integrado usando integrais de Euler como é o caso com energia interna. No entanto, simplesmente substituir o resultado integrado acima por U na definição de G fornece uma expressão padrão para G :

${\ displaystyle {\ begin {alinhados} G & = U + pV-TS \\ & = \ left (TS-pV + \ sum _ {i} \ mu _ {i} N_ {i} \ right) + pV-TS \ \ & = \ sum _ {i} \ mu _ {i} N_ {i}. \ end {alinhado}}}$

Esse resultado se aplica a sistemas macroscópicos homogêneos, mas não a todos os sistemas termodinâmicos.

Energia livre de reações de Gibbs

O sistema em consideração é mantido em temperatura e pressão constantes e está fechado (qualquer matéria pode entrar ou sair). A energia de Gibbs de qualquer sistema é e uma mudança infinitesimal em G , em temperatura e pressão constantes produz: ${\ displaystyle G = U + PV-TS}$

${\ displaystyle dG = dU + PdV-TdS}$

Pela primeira lei da termodinâmica , uma mudança na energia interna U é dada por

${\ displaystyle dU = \ delta Q + \ delta W}$

onde δQ é a energia adicionada como calor e δW é a energia adicionada como trabalho. O trabalho feito no sistema pode ser escrito como δW = - PdV + δW _x , onde - PdV é o trabalho mecânico de compressão / expansão feito no sistema e δW _x são todas as outras formas de trabalho, que podem incluir elétrico, magnético, etc. Supondo que apenas o trabalho mecânico seja feito,

${\ displaystyle dU = \ delta Q-PdV}$

e a mudança infinitesimal em G é:

${\ displaystyle dG = \ delta Q-TdS}$

A segunda lei da termodinâmica afirma que, para um sistema fechado , e assim segue que: ${\ displaystyle TdS \ geq \ delta Q}$

${\ displaystyle dG \ leq 0}$

Isso significa que para um sistema que não está em equilíbrio, sua energia de Gibbs estará sempre diminuindo, e quando estiver em equilíbrio (ou seja, não mais mudando), a variação infinitesimal dG será zero. Em particular, isso será verdade se o sistema estiver experimentando qualquer número de reações químicas internas em seu caminho para o equilíbrio.

Em termodinâmica eletroquímica

Quando a carga elétrica dQ é passada em uma célula eletroquímica, a emf ℰ produz um termo de trabalho termodinâmico que aparece na expressão para a mudança na energia de Gibbs:

${\ displaystyle dG = -SdT + VdP + {\ mathcal {E}} dQ,}$

onde G é a energia livre de Gibbs, S é a entropia , V é o volume do sistema, P é sua pressão e T é sua temperatura absoluta .

A combinação (ℰ, Q ) é um exemplo de um par conjugado de variáveis . Em pressão constante, a relação acima produz uma relação de Maxwell que liga a mudança na tensão de célula aberta com a temperatura T (uma quantidade mensurável) para a mudança na entropia S quando a carga é passada isotermicamente e isobaricamente . Este último está intimamente relacionado com a entropia de reação da reação eletroquímica que dá energia à bateria. Esta relação de Maxwell é:

${\ displaystyle \ left ({\ frac {\ partial {\ mathcal {E}}} {\ partial T}} \ right) _ {Q} = - \ left ({\ frac {\ partial S} {\ partial Q }} \ right) _ {T}}$

Se um mol de íons entrar em solução (por exemplo, em uma célula de Daniell, conforme discutido abaixo), a carga através do circuito externo é:

${\ displaystyle \ Delta Q = -n_ {0} F_ {0} \ ,,}$

onde n ₀ é o número de elétrons / íon, e F ₀ é a constante de Faraday e o sinal de menos indica a descarga da célula. Assumindo pressão e volume constantes, as propriedades termodinâmicas da célula estão estritamente relacionadas ao comportamento de sua fem por:

${\ displaystyle \ Delta H = -n_ {0} F_ {0} \ left ({\ mathcal {E}} - T {\ frac {d {\ mathcal {E}}} {dT}} \ right),}$

onde Δ H é a entalpia de reação . As quantidades à direita são todas mensuráveis ​​diretamente.

Identidades úteis para derivar a equação de Nernst

Durante uma reação eletroquímica reversível a temperatura e pressão constantes, as seguintes equações envolvendo a energia livre de Gibbs são mantidas:

${\ displaystyle \ Delta _ {\ text {r}} G = \ Delta _ {\ text {r}} G ^ {\ circ} + RT \ ln Q _ {\ text {r}}}$(ver equilíbrio químico ),

${\ displaystyle \ Delta _ {\ text {r}} G ^ {\ circ} = - RT \ ln K _ {\ text {eq}}}$ (para um sistema em equilíbrio químico),

${\ displaystyle \ Delta _ {\ text {r}} G = w _ {\ text {elec, rev}} = - nFE}$ (para um processo eletroquímico reversível a temperatura e pressão constantes),

${\ displaystyle \ Delta _ {\ text {r}} G ^ {\ circ} = - nFE ^ {\ circ}}$(definição de E °),

e reorganizar dá

${\ displaystyle {\ begin {alinhado} nFE ^ {\ circ} & = RT \ ln K _ {\ text {eq}}, \\ nFE & = nFE ^ {\ circ} -RT \ ln Q _ {\ text {r} } r, \\ E & = E ^ {\ circ} - {\ frac {RT} {nF}} \ ln Q _ {\ text {r}}, \ end {alinhado}}}$

que relaciona o potencial celular resultante da reação à constante de equilíbrio e quociente de reação para essa reação ( equação de Nernst ),

Onde

Δ _r G , mudança de energia livre de Gibbs por mol de reação,

Δ _r G ° , mudança de energia livre de Gibbs por mole de reação para reagentes não misturados e produtos em condições padrão (ou seja, 298  K, 100  kPa, 1  M de cada reagente e produto),

R , constante de gás ,

T , temperatura absoluta ,

ln, logaritmo natural ,

Q _r , quociente de reação (sem unidade),

K _eq , constante de equilíbrio (sem unidade),

w _{elec, rev} , trabalho elétrico em um processo reversível (convenção de sinais de química),

n , moles de elétrons transferidos na reação,

F = N _A q _e ≈ 96485  C / mol, constante de Faraday (carga por mol de elétrons),

E , potencial celular ,

E ° , potencial de célula padrão .

Além disso, também temos:

${\ displaystyle {\ begin {alinhados} K _ {\ text {eq}} & = e ^ {- {\ frac {\ Delta _ {\ text {r}} G ^ {\ circ}} {RT}}}, \\\ Delta _ {\ text {r}} G ^ {\ circ} & = - RT \ left (\ ln K _ {\ text {eq}} \ right) = - 2,303 \, RT \ left (\ log _ {10} K _ {\ text {eq}} \ right), \ end {alinhado}}}$

que relaciona a constante de equilíbrio com a energia livre de Gibbs. Isso implica que em equilíbrio

${\ displaystyle Q _ {\ text {r}} = K _ {\ text {eq}}}$ e ${\ displaystyle \ Delta _ {\ text {r}} G = 0}$

Mudança de energia padrão de formação

A energia livre de Gibbs padrão de formação de um composto é a mudança da energia livre de Gibbs que acompanha a formação de 1 mol dessa substância a partir de seus elementos componentes, em seus estados padrão (a forma mais estável do elemento a 25 ° C e 100  kPa ). Seu símbolo é Δ _f G ˚.

Todos os elementos em seus estados padrão ( gás oxigênio diatômico , grafite , etc.) têm mudança de energia livre de Gibbs padrão de formação igual a zero, já que não há mudança envolvida.

Δ _f G = Δ _f G ˚ + RT ln Q _f ,

onde Q _f é o quociente de reação .

No equilíbrio, Δ _f G = 0 e Q _f = K , então a equação torna-se

Δ _f G ˚ = - RT ln K ,

onde K é a constante de equilíbrio .

Interpretação gráfica por Gibbs

A energia livre de Gibbs foi originalmente definida graficamente. Em 1873, o cientista americano Willard Gibbs publicou seu primeiro artigo sobre termodinâmica, "Métodos gráficos na termodinâmica dos fluidos", no qual Gibbs usava as duas coordenadas da entropia e do volume para representar o estado do corpo. Em seu segundo artigo de acompanhamento, "Um Método de Representação Geométrica das Propriedades Termodinâmicas de Substâncias por Meio de Superfícies", publicado no final daquele ano, Gibbs acrescentou a terceira coordenada da energia do corpo, definida em três figuras. Em 1874, o físico escocês James Clerk Maxwell usou as figuras de Gibbs para fazer uma superfície termodinâmica de volume de energia-entropia 3D de uma substância fictícia semelhante à água. Assim, para entender o conceito de energia livre de Gibbs, pode ajudar a entender sua interpretação por Gibbs como seção AB em sua figura 3, e como Maxwell esculpiu essa seção em sua figura 3D de superfície .

As figuras dois e três (acima à esquerda e no meio) do cientista americano Willard Gibbs , em 1873, usadas pelo físico escocês James Clerk Maxwell em 1874 para criar um diagrama de entropia tridimensional , volume e energia termodinâmica de uma substância fictícia semelhante à água, transpôs os dois figuras de Gibbs (acima à direita) nas coordenadas de entropia de volume (transpostas para a parte inferior do cubo) e coordenadas de entropia de energia (viradas de cabeça para baixo e transpostas para a parte de trás do cubo), respectivamente, de coordenadas cartesianas tridimensionais ; a região AB sendo a primeira representação tridimensional da energia livre de Gibbs, ou o que Gibbs chamou de "energia disponível"; sendo a região AC sua capacidade de entropia , o que Gibbs definiu como “a quantidade pela qual a entropia do corpo pode ser aumentada sem alterar a energia do corpo ou aumentar seu volume.

Veja também

• Bioenergética
• Calphad (cálculo de diagramas PHAse)
• Ponto crítico (termodinâmica)
• Equivalente de elétron
• Compensação entalpia-entropia
• Entropia livre
• Equação de Gibbs-Helmholtz
• Grande potencial
• Modelo não aleatório de dois líquidos ( modelo NRTL) - Energia de Gibbs de excesso e cálculo de mistura e coeficientes de atividade
• Spinodal - Curvas Spinodal (matriz de Hessian)
• Entropia molar padrão
• Energia livre termodinâmica
• Modelo UNIQUAC - Energia de Gibbs do excesso e cálculo de mistura e coeficientes de atividade

Notas e referências

links externos

• Definição IUPAC (energia de Gibbs)
• Calculadora de energia grátis Gibbs
• Energia de Gibbs - Florida State University
• Gibbs Free Energy - Eric Weissteins World of Physics
• Entropia e energia livre de Gibbs - www.2ndlaw.oxy.edu
• Gibbs Free Energy - Georgia State University
• Applet Java de energia livre de Gibbs - Universidade da Califórnia, Berkeley
• Uso de energia livre de Gibbs para previsão do envelhecimento de materiais acionados por produtos químicos
• Análise topológica da função de energia de Gibbs (dados de correlação de equilíbrio líquido-líquido). Incluindo uma revisão termodinâmica e uma interface gráfica do usuário (GUI) para superfícies / linhas de união / análise de matriz de Hessian - Universidade de Alicante (Reyes-Labarta et al. 2015–18)