O que é energia livre de Gibbs?
A energia livre de Gibbs é uma medida termodinâmica da energia disponível para fazer trabalho em um sistema químico a temperatura e pressão constantes. Basicamente, ela representa a quantidade de energia que pode ser usada para realizar um trabalho útil durante uma reação química.
Em outras palavras, a energia livre de Gibbs indica a se uma reação química ocorrerá espontaneamente, ou seja, se a reação irá ocorrer de forma a liberar energia útil ou se irá consumir energia. Além disso, a energia livre de Gibbs também pode ser usada para prever a equilíbrio químico e a estabilidade de uma substância ou sistema.
A energia livre de Gibbs pode ser calculada a partir da entalpia e da entropia do sistema através da equação:
ΔG = ΔH - TΔS
Onde ΔG é a variação da energia livre de Gibbs, ΔH é a variação da entalpia, T é a temperatura sempre em Kelvin (K) e ΔS é a variação da entropia.
O ΔG e o ΔH, podem ser expresso em joules por mol (J/mol), quilojoule por mol (KJ/mol), calorias por mol (Cal/mol) ou quilocaloria por mol (Kcal/mol). Já o ΔS, em (J/mol.K), (Kj/mol.K), (Cal/mol.K), (Kcal/mol.K).
A energia livre de Gibbs é uma medida da disponibilidade de energia em um sistema termodinâmico para realizar trabalho. Se ΔG for negativo, a reação é espontânea e libera energia, enquanto se ΔG for positivo, a reação não é espontânea e requer energia para ocorrer. Se ΔG for zero, a reação está em equilíbrio.
Exemplo:
Vamos supor que você esteja cozinhando um bolo em um forno cuja temperatura é de 180°C. Sabendo que a entalpia de combustão do gás utilizado para aquecer o forno é de -200 kJ/mol e que a entropia da reação é de 0,15 Kj/mol.K, qual é a energia livre de Gibbs da reação de combustão do gás?
Para resolver esse problema, podemos utilizar a equação de Gibbs, que relaciona a entalpia (ΔH), a entropia (ΔS) e a energia livre de Gibbs (ΔG) de uma reação:
ΔG = ΔH - TΔS
Onde T é a temperatura absoluta (em Kelvin) do sistema.
Podemos começar calculando a energia livre de Gibbs da reação de combustão do gás a 180°C. Para isso, precisamos converter a temperatura de 180°C para Kelvin:
T = 180°C + 273,15 = 453,15 K
Agora podemos usar a equação de Gibbs:
ΔG = ΔH - TΔS
ΔG = -200 kJ/mol - (453,15 K • 0,15 Kj/mol.K)
ΔG = -200 kJ/mol - 67,97 kJ/mol
ΔG = -267,97 kJ/mol
O resultado indica que a reação de combustão do gás é espontânea a 180°C, já que a energia livre de Gibbs é negativa.
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Existem diversas fórmulas envolvendo a energia livre de Gibbs, que são utilizadas em diferentes contextos da termodinâmica. A mais comum usamos acima:
ΔG = ΔH - TΔS
Onde ΔG é a variação de energia livre de Gibbs da reação, ΔH é a variação de entalpia, T é a temperatura absoluta e ΔS é a variação de entropia.
ΔG° = -RTlnK
Já essa fórmula é utilizada para calcular a energia livre de Gibbs padrão de uma reação a uma determinada temperatura. ΔG° é a variação de energia livre de Gibbs padrão da reação, R é a constante dos gases ideais, T é a temperatura absoluta e K é a constante de equilíbrio da reação.
ΔG = ΔG° + RTlnQ
Essa fórmula é utilizada para calcular a energia livre de Gibbs de uma reação em condições não-padrão. ΔG é a variação de energia livre de Gibbs da reação, ΔG° é a variação de energia livre de Gibbs padrão da reação, R é a constante dos gases ideais, T é a temperatura absoluta e Q é a constante de equilíbrio da reação para as condições não-padrão.