Energia Livre de Gibbs. Conceito de Energia Livre de Gibbs - Brasil Escola
A energia livre de Gibbs é a energia de que o processo dispõe para realizar trabalho útil em temperatura e pressão constantes.
Físico norte-americano J. Willard Gibbs (1839-1903)
No cotidiano e em laboratórios, existem reações e transformações que são espontâneas e outras que não são espontâneas. Por exemplo, toda combustão é uma reação espontânea, porque uma vez iniciada, ela irá continuar até que todo o combustível seja consumido ou até que todo o oxigênio acabe.
Por outro lado, a eletrólise é um processo não espontâneo, em que a energia elétrica é transformada em energia química. Um exemplo é a eletrólise do cloreto de sódio (NaCl). Quando se passa uma corrente elétrica sobre esse sal fundido, há reações de oxirredução e a formação de sódio metálico (Na(s)) e gás cloro (Cl2(g)). Se pararmos de passar a corrente elétrica, a reação não continuará sozinha, o que mostra que ela não é espontânea.
A espontaneidade de uma reação pode ser medida por meio da equação de Gibbs-Helmholtz, dada abaixo:
∆G = variação da energia livre;
∆H = variação da entalpia;
T = temperatura em Kelvin (sempre positiva);
∆S = variação da entropia.
Essa equação leva esse nome porque ela foi proposta pelo físico norte-americano J. Willard Gibbs (1839-1903) e pelo físico alemão Hermann Helmholtz (1821-1894).
Para entendermos melhor como essa equação nos ajuda a determinar a espontaneidade de uma reação, relembremos brevemente cada um dos conceitos envolvidos nela:
∆H (variação da entalpia): Entalpia (H) é o conteúdo de energia de uma substância. Até o momento, não é conhecida nenhuma maneira de determiná-la. Na prática, o que se consegue é medir a variação da entalpia (∆H) de um processo, utilizando-se calorímetros. Essa variação é a quantidade de energia que foi liberada ou absorvida no processo.
∆S (variação da entropia): A entropia (S) é a grandeza termodinâmica que mede o grau de desordem de um sistema.
Por exemplo, na fusão do gelo, as moléculas passam do estado sólido para o líquido, onde há uma maior desorganização. Isso significa que nesse processo a entropia aumentou (∆S > 0).
Na produção da amônia (NH3), 1 mol de gás nitrogênio reage com 3 mol de gás hidrogênio (ou seja, 4 mol de moléculas nos reagentes), originando 2 mol de amônia:
N2(g) +3 H2(g) → 2 NH3(g)
Visto que o número de moléculas na fase gasosa diminui nesse processo, a desorganização diminuiu, o que significa que a entropia também diminuiu (∆S< 0).
Um sistema possui uma energia global, mas apenas uma fração dessa energia será usada para realizar trabalho, essa é a chamada energia livre de Gibbs, simbolizada por G.
Segundo Gibbs, um processo é considerado espontâneo se realizar trabalho, ou seja, se G diminuir. Nesse caso, o estado final da transformação será mais estável que o inicial quando ∆G < 0.
Baseado nisso, podemos concluir o seguinte:
Podemos também ver se um processo será espontâneo olhando o sinal algébrico de ∆H e de ∆S na equação de Gibbs-Helmholtz:
FOGAçA, Jennifer Rocha Vargas. "Energia Livre de Gibbs"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm. Acesso em 05 de julho de 2022.
Considere esta reação:
C(grafite) + 2 O2(g) → CO2(g) ΔH < 0 e ΔS < 0
Qual das afirmações propostas a seguir é a correta?
a) não é espontânea, no caso de | ΔH | > | T.ΔS |.
b) sempre é espontânea, independentemente da temperatura.
c) é espontânea apenas se | ΔH | > | T.ΔS |.
d) nunca é espontânea, independentemente da temperatura.
e) está sempre em equilíbrio, independentemente da temperatura.
O óxido de cálcio pode ser obtido a partir da combustão do cálcio metálico de acordo com a equação:
Ca(s) + 1/2O2(g) → CaO(s)
Considere que a formação do óxido de cálcio é espontânea e que, para a reação acima, ΔHo = –800 kJ mol–1 e ΔSo = –240 J K–1mol–1. Determine o valor da temperatura, em Kelvin, para que essa reação deixe de ser espontânea.