3. 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.
6. como:
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:
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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
