¿Qué es la energía libre de Gibbs?

Hay dos cantidades termodinámicas que afectan las reacciones de espontaneidad. Una de ellas es la Entalpía H y la otra es la Entropía S. El problema es juntar estas dos cantidades de tal manera que lleguen a una única función cuyo signo determinará si una reacción es espontánea. Y este es el punto donde, Gibbs entró y presentó su nueva cantidad llamada Gibbs Free Energy, G. Mostró que una reacción que tiene lugar a una presión y temperatura constantes, delta G representa esa porción del cambio total de energía que es GRATUITO para realizar un TRABAJO útil. Por ejemplo, si deltaG para una reacción es -300 kJ, es posible obtener 300 kJ de trabajo útil de la reacción. Por el contrario, si deltaG es + 300kJ, al menos esa cantidad de energía en forma de trabajo debe ser suministrada para que la reacción tenga lugar.
Por lo tanto, la disminución de Gibbs Free Energy es una medida de trabajo útil o trabajo de no expansión realizado por el sistema. Cuanto mayor sea el cambio de energía libre, mayor será la cantidad de trabajo que se puede obtener del proceso. Esta relación es útil para evaluar el trabajo eléctrico que pueden producir las células electroquímicas y las células de combustible.

La energía libre de Gibbs es una forma de combinar la entropía y la entalpía de un sistema en un solo valor. Describe la energía disponible para hacer el trabajo y, por lo tanto, se puede utilizar para determinar la espontaneidad de una reacción.

Si G es cero, la reacción es en equilbrio. Si G es negativo, la reacción es espontánea en la dirección hacia adelante y si G es positiva, la reacción es espontánea en la dirección inversa.

Entonces, por ejemplo, si conoce los valores de entropía y entalpía de un sistema, puede determinar la temperatura a la que se producen los cambios de fase estableciendo G igual a cero y resolviendo T, utilizando la ecuación que no desea mencionar:

G = H – TS

La energía libre de Gibbs es literalmente energía libre, es decir, energía libre para hacer el trabajo. En otras palabras, es el máximo trabajo extraíble de un sistema en un estado dado.

Conoces la fórmula, es la entalpía menos el término ‘TS’. El término H (entalpía) es la energía total del sistema dado, mientras que la cantidad de energía ‘TS’ se pierde durante la conversión de energía al trabajo.

Entonces, nos queda el término ‘H-TS’ que es la energía máxima del sistema que se puede extraer en forma de trabajo.

Es más fácil si considera la entalpía como un calentamiento. La entalpía es H = U + PV, donde U es la energía interna del sistema y el término PV representa el trabajo que tuvo que hacerse en un entorno a presión constante (como y en particular, la presión del aire en un laboratorio de química ) para dejar espacio para que exista el sistema. Por lo tanto, es una parte honoraria de la energía del sistema, ya que si manipula el sistema, por ejemplo, al trabajar en él o al activar una reacción química dentro de él, debe suministrar un incremento adicional de energía porque algunas fugas en el medio ambiente cuando cambia el volumen. Este es típicamente un efecto pequeño para sólidos y líquidos, pero muy importante para gases.

La energía libre de Gibbs luego realiza el mismo truco con un entorno a temperatura constante y agrega un término -TS que representa todo el calor que se necesitaba agregar al sistema para asegurarse de que tuviera la misma temperatura que el entorno, comenzando desde cero entropía. (Esto invoca la definición de Entropía en términos de calor y temperatura). Es un poco más difícil de intuir, porque la entropía no es realmente una variable que pueda manipularse directamente, pero esa es la idea.

Energía de Gibbs o función de Gibbs; también conocido como entalpía libre para distinguirlo de la energía libre de Helmholtz) es un potencial termodinámico que puede usarse para calcular el trabajo máximo o reversible que puede realizar un sistema termodinámico a una temperatura y presión constantes (isotérmica, isobárica). Al igual que en la mecánica, donde la disminución de la energía potencial se define como el trabajo útil máximo que se puede realizar, de manera similar, los potenciales diferentes tienen significados diferentes. La disminución de la energía libre de Gibbs (kJ en unidades SI) es la cantidad máxima de trabajo de no expansión que puede extraerse de un sistema termodinámicamente cerrado (uno que puede intercambiar calor y trabajar con su entorno, pero no importa); este máximo solo se puede lograr en un proceso completamente reversible. Cuando un sistema se transforma reversiblemente de un estado inicial a un estado final, la disminución de la energía libre de Gibbs equivale al trabajo realizado por el sistema a su entorno, menos el trabajo de las fuerzas de presión.

La energía libre de Gibbs es uno de los cuatro potenciales termodinámicos.

Matemáticamente hablando, es una transformación de Legendre de la primera ley de la termodinámica (que relaciona el cambio en la energía interna de un sistema con el calor transferido hacia / desde él y el trabajo realizado sobre él).

A partir del cambio en la energía interna dE = TdS – PdV, la transformación de Legendre utilizada es, para ser precisos, una que le permite sustituir dS y dV con dT y dP. Esto se obtiene definiendo la energía libre de Gibbs como

G = E-TS + PV para que el diferencial se convierta

dG = -SdT + VdP (donde S es siempre la entropía, P la presión, V el volumen y T la temperatura).

Físicamente, la energía libre de Gibbs tiene una buena interpretación:

Imagine un cambio en la energía interna debido al intercambio de calor y un trabajo reversible realizado para que dW (rev) = TdS – dE.

Entonces dW (rev) = -dG – SdT + PdV + VdP si lo reescribimos en términos de energía de Gibbs.

Por lo tanto, en condiciones de temperatura y presión constantes (dP = 0 y dT = 0)

dW (rev) -PdV = -dG

dW (r) -dW (no rev) = -dG

Por lo tanto, el cambio en la energía libre de Gibbs mide la diferencia entre el trabajo reversible máximo que se puede hacer y el trabajo PdV realizado en el proceso.

Todas las diferentes energías libres representan esa porción de la energía interna de un sistema que está disponible para hacer el trabajo en un tipo particular de proceso. Por ejemplo, la entalpía representa la cantidad de energía disponible para hacer el trabajo después de que eliminaste el entorno. La energía libre de Gibbs es la cantidad máxima de trabajo que puede realizar un sistema cerrado sin expandirse. Solo puedes alcanzar ese máximo en un proceso reversible.

No toda la energía de un sistema estará disponible para un proceso termodinámico y los diversos potenciales especifican cómo separar la parte que está disponible para diferentes tipos de procesos. La entropía es esa parte de la energía que no está disponible para trabajar en ningún proceso.

Si desea saber qué es la energía libre de Gibbs, simplemente pregunte por qué apareció la energía libre de Gibbs.

Sabemos qué es la entalpía antes de que la energía libre de Gibbs apareciera

Entalpía: – La entalpía es una medida de energía en un sistema termodinámico.

Es la cantidad termodinámica equivalente al contenido de calor total de un sistema.

Ahora puedo decir que tanto calor (entalpía) almacenado en un sistema que podemos usar para hacer el trabajo.

Pero cuando convertimos ese calor en trabajo útil, no podemos convertirlo al 100%.

Entonces podemos decir que no podemos usar toda la energía térmica almacenada en un sistema.

Ahora es importante saber cuánta energía almacena en un sistema que puede convertirse en trabajo útil.

Entonces, la energía libre de Gibbs entró en escena.

Nota: – Cuando hablo de la energía libre de Gibbs, es un proceso de presión constante.

La energía libre de Gibbs es una cantidad medida de energía que puede convertir en trabajo útil.

G = H-TS

Dónde

G = energía libre de Gibbs

H = entalpía

S = entropía

T = temperatura

Entonces, de la entalpía se resta el término de entropía y luego se obtiene energía libre de Gibbs.

Para el proceso espontáneo, el aumento de la entropía es muy alto, por lo que el término TS se vuelve más alto y G <0 (una dirección)

Si la dirección es inversa a la entropía, disminuya G> 0. Significa que la reacción no es posible

Si G = 0 el sistema está en equilibrio.

Entonces, a partir del valor de G, puede decir que el proceso es espontáneo o no.

Espero que entiendas.

Gracias

Ravi Kasundra …

Energía libre de Gibbs: sirve como la única variable maestra que determina si un cambio es termodinámicamente factible, al representar el equilibrio entre la entalpía y la entropía. El significado físico de la energía libre de Gibbs es:

‘ Para un proceso que ocurre a temperatura y presión constantes, representa el trabajo máximo obtenible . es decir, trabajo total – trabajo presión-volumen ‘

Además, la termodinámica nos dice que los cuerpos pierden energía y que la aleatoriedad aumenta. ¡La energía libre de Gibbs nos dice cuál gana el tira y afloja!

Algunas reacciones son espontáneas porque emiten energía en forma de calor ( H <0). Otros son espontáneos porque conducen a un aumento en el trastorno que es un aumento en la entropía del sistema ( S > 0). Los cálculos de H y S se pueden usar para sondear la fuerza impulsora detrás de una reacción particular.

Entonces, ¿qué sucederá si tenemos una situación en la que la entalpía (H) favorece la reacción pero la entropía no o la entropía favorece la reacción pero la entalpía no. Podemos responder a este tipo de situación definiendo una nueva cantidad que sea energía libre (G)

G = H-TS, ya que H, T y S son funciones de estado, por lo tanto, G también es una función de estado que es

No quiero darle todas las cosas matemáticas a usted … Cuando calentamos un sistema, no toda la energía suministrada se esfuerza por expandir el volumen del sistema, parte de la energía aumenta la energía interna, y el resto es ‘no -Trabajo de expansión ‘, considere la electrólisis del agua para formar gases de hidrógeno y oxígeno que conducen a un aumento en el volumen del sistema, el’ trabajo de no expansión ‘se realiza para causar la descomposición del agua y la parte de energía que se utiliza ¡Hacer este ‘trabajo de no expansión’ se llama energía útil o energía libre de Gibbs!

La energía libre de un sistema termodinámico es la energía disponible para realizar un trabajo útil en cualquier condición de presión y temperatura, y así en espera.

La energía libre de Gibbs es la cantidad de energía en un sistema que está disponible o que realiza un trabajo útil cuando el sistema está a una temperatura y presión constantes.

Puede derivar otros valores de energía libre según las condiciones que se mantengan.

No sé qué es el Gibbs, pero sé cuál es la mochila. Se ejecuta con el banco de energía solar. así que carga tu teléfono mientras caminas :)) Energía libre

NUEVA mochila