Lo más importante de Gibbs Free Energy es su uso en la predicción de la fase y el equilibrio químico. Comencemos con el equilibrio de fase. La pregunta es: “¿Cuándo y por qué se evapora o condensa el agua? ¿Por qué y dónde hay un punto de ebullición? ”La respuesta es que los cambios de fase tienen lugar a temperatura y presión constantes para minimizar la energía libre de la mezcla resultante de fases. En otras palabras, en la condensación, el vapor de agua comienza a condensarse porque la mezcla de vapor y agua tiene una energía libre más baja que cualquiera de ellos solos. La energía libre se mantiene constante a través de toda la condensación, por ejemplo, y luego comienza a disminuir nuevamente cuando se completa la condensación.
Cuando se trata de reacciones químicas, los reactivos continúan reaccionando hasta que se minimiza la energía libre de Gibbs. En ese punto, que es el punto de equilibrio de la reacción, se detiene. Por lo tanto, es extremadamente importante porque le permite poder predecir si una reacción química es teóricamente posible o no, y si es así, dónde está su punto de equilibrio. Esto, por supuesto, no te dice qué tan rápido tendrá lugar una reacción; solo si es posible o no.
La entropía sola no puede decirte estas cosas.
De hecho, utilicé estos principios en dos aplicaciones importantes. Cuando trabajaba en el programa espacial de los EE. UU., Desarrollando complejos propulsores de cohetes, utilizamos un programa informático de minimización de energía gratuito para predecir la composición del escape de varias formulaciones hipotéticas de propulsores durante la combustión del propulsor, a partir de las cuales podríamos predecir el rendimiento del propulsor. Así es como se optimizan las composiciones de tales propulsores.
En otra aplicación durante mi permanencia en la universidad, estábamos tratando de descubrir si podíamos proponer una serie de reacciones químicas que pudieran usar el calor residual de los reactores nucleares para convertir el agua en hidrógeno y oxígeno. Pensamos en todo tipo de combinaciones de reacciones, suponiendo que pudiéramos reciclar todos los productos en los reactivos originales. Pero en cada paso tuvimos que verificar el cambio de energía libre de cada reacción para asegurarnos de que fuera una reacción posible. Finalmente obtuvimos algunos candidatos a través de este proceso de selección, pero desafortunadamente, nunca pudimos diseñar un proceso práctico que fuera económicamente factible. No todo lo que se puede hacer teóricamente puede conducir a un resultado práctico. Pero el análisis de energía libre fue un primer paso necesario.
