O que é energia livre de Gibbs?

Muito provavelmente, as primeiras reações químicas que você estudou na escola foram em uma direção; por exemplo, vinagre derramado em bicarbonato de sódio para fazer um "vulcão". Na realidade, a maioria das reações deve ser ilustrada com uma seta apontando em cada direção, o que significa que a reação pode ocorrer nos dois sentidos. Determinar a energia livre de Gibbs de um sistema oferece uma maneira de determinar se uma flecha é muito maior do que a outra; ou seja, a reação quase sempre vai em uma direção, ou ambas têm quase o mesmo tamanho? No último caso, a reação tem a mesma probabilidade de ir para um lado ou para o outro. Os três fatores críticos no cálculo da energia livre de Gibbs são entalpia, entropia e temperatura.

A entalpia é uma medida de quanta energia está contida em um sistema. Um componente primário da entalpia é a energia interna, ou a energia do movimento aleatório das moléculas. A entalpia não é a energia potencial das ligações moleculares nem a energia cinética de um sistema em movimento. As moléculas de um sólido se movem muito menos do que as de um gás, portanto, o sólido tem menos entalpia. Os outros fatores no cálculo da entalpia são a pressão e o volume do sistema, que são os mais importantes em um sistema de gás. A entalfia é alterada quando você trabalha em um sistema ou se adiciona ou subtrai calor e / ou matéria.

Você pode pensar na entropia como uma medida da energia térmica de um sistema ou como uma medida da desordem do sistema. Para ver como os dois estão relacionados, pense em um copo d'água que congela. Quando você retira a energia térmica da água, as moléculas que se moviam livre e aleatoriamente ficam presas em um cristal de gelo sólido e muito organizado. Nesse caso, a mudança na entropia do sistema foi negativa; tornou-se menos desordenado. No nível do universo, a entropia está sempre aumentando.

A entalpia e a entropia são influenciadas pela temperatura. Se você adicionar calor ao sistema, aumentará a entropia e a entalpia. A temperatura também é incluída como um fator independente no cálculo da energia livre de Gibbs. Você calcula a mudança na energia livre de Gibbs multiplicando a temperatura pela mudança na entropia e subtraindo o produto da mudança na entalpia para o sistema. A partir disso, você pode ver que a temperatura pode alterar drasticamente a energia livre de Gibbs.

Ser capaz de calcular a energia livre de Gibbs é importante porque você pode usá-la para determinar a probabilidade de uma reação ocorrer. A entalpia negativa e a entropia positiva favorecem uma reação no futuro. A entalpia positiva e a entropia negativa não favorecem uma reação futura; essas reações ocorrerão na direção inversa, independentemente da temperatura. Quando um fator favorece a reação e o outro não, a temperatura determina para qual direção a reação irá. Se a mudança na energia livre de Gibbs for negativa, a reação irá para a frente; se for positivo, irá ao contrário. Quando é zero, a reação está em equilíbrio.