¿Qué es Gibbs Free Energy?

Lo más probable es que las primeras reacciones químicas que estudiaste en la escuela se movieran en una dirección; por ejemplo, se vierte vinagre en bicarbonato de sodio para hacer un "volcán". En realidad, la mayoría de las reacciones deben ilustrarse con una flecha apuntando en cada dirección, lo que significa que la reacción podría ir en ambos sentidos. Determinar la energía libre de Gibbs de un sistema ofrece una forma de determinar si una flecha es mucho más grande que la otra; es decir, ¿la reacción casi siempre va en una dirección, o ambos son casi del mismo tamaño? En el último caso, es tan probable que la reacción sea en un sentido como en el otro. Los tres factores críticos para calcular la energía libre de Gibbs son la entalpía, la entropía y la temperatura.

La entalpía es una medida de cuánta energía contiene un sistema. Un componente principal de la entalpía es la energía interna, o la energía del movimiento aleatorio de moléculas. La entalpía no es la energía potencial de los enlaces moleculares ni la energía cinética de un sistema en movimiento. Las moléculas de un sólido se mueven mucho menos que las de un gas, por lo que el sólido tiene menos entalpía. Los otros factores en el cálculo de la entalpía son la presión y el volumen del sistema, que son los más importantes en un sistema de gas. La entalfía cambia cuando trabaja en un sistema, o si agrega o resta calor y / o materia.

Puede pensar en la entropía como una medida de la energía térmica de un sistema o como una medida del desorden del sistema. Para ver cómo se relacionan los dos, piense en un vaso de agua que se congela. Cuando quitas la energía térmica del agua, las moléculas que se movían libre y aleatoriamente quedan atrapadas en un cristal de hielo sólido y muy ordenado. En este caso, el cambio de entropía del sistema fue negativo; se volvió menos desordenado. A nivel del universo, la entropía siempre está aumentando.

La entalpía y la entropía están influenciadas por la temperatura. Si agrega calor al sistema, aumentará tanto la entropía como la entalpía. La temperatura también se incluye como un factor independiente en el cálculo de la energía libre de Gibbs. El cambio en la energía libre de Gibbs se calcula multiplicando la temperatura por el cambio en la entropía y restando el producto del cambio en la entalpía del sistema. A partir de esto, puede ver que la temperatura puede cambiar drásticamente la energía libre de Gibbs.

Ser capaz de calcular la energía libre de Gibbs es importante porque puede usarla para determinar la probabilidad de que ocurra una reacción. La entalpía negativa y la entropía positiva favorecen una reacción en el futuro. La entalpía positiva y la entropía negativa no favorecen una reacción en el futuro; estas reacciones irán en la dirección inversa, independientemente de la temperatura. Cuando un factor favorece la reacción y el otro no, la temperatura determina en qué dirección irá la reacción. Si el cambio en la energía libre de Gibbs es negativo, la reacción seguirá adelante; si es positivo, irá al revés. Cuando es cero, la reacción está en equilibrio.