Energía de GibbsEn termodinámica, la energía libre de Gibbs (energía libre o entalpía libre) es un potencial termodinámico, es decir, una función de estado extensiva con unidades de energía, que da la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química (a presión y temperatura constantes).Se simboliza con la letra G mayúscula.

El segundo principio de la termodinámica postula que una reacción química espontánea hace que la entropía del universo aumente, ΔSuniverso > 0, así mismo ΔSuniverso esta en función de ΔSsistema y ΔSalrededores. Por lo general sólo importa lo que ocurre en el sistema en estudio y; por otro lado el cálculo de ΔSalrededorespuede ser complicado.

Por esta razón fue necesaria otra función termodinámica, la energía libre de Gibbs, que sirva para calcular si una reacción ocurre de forma espontánea tomando en cuenta solo las variables del sistema.

Cálculo de la energía libre

donde H es la entalpía ; T es la temperatura y S es la entropía del sistema. Fue desarrollada

en los años 1870 por el físico-matemático estadounidense Williard Gibbs.

Cambios de energía libre estándar

La energía libre de reacción, se denota,  , es el cambio de energía en una

reacción a condiciones estándares. En esta reacción los reactivos en su estado estándar se

convierten en productos en su estado estándar.

Dada la siguiente ecuación química:

La energía libre se calcula como

Donde A y B son los reactivos en estado estándar y; C y D son los productos en su

estado estándar. Además a, b, c y d son sus respectivos coeficientes

estequiométricos.

en general:

donde ni y mj son la multiplicación de los coeficientes estequiométricos.

Así como en el cálculo de la entalpía, en la energía libre estándar de formación

para cualquier elemento en su forma estable (1 atm y 25ºC) es 0

La energía de Gibbs molar de reacción se puede relacionar de manera

conveniente con la constante de equilibrio de la reacción según la siguiente

ecuación:

La variación de energía libre de Gibbs para un proceso a temperatura y

presión constantes viene dada por:

La temperatura puede ser un factor determinante a la hora de hacer que

un proceso sea espontáneo o no lo sea.

Significado de  [editar]

La condición de equilibrio es 

La condición de espontaneidad es 

El proceso no es espontáneo cuando: 

(esta última condición nos dice que la reacción no se producirá).

La energía de Gibbs molar parcial, es lo que se conoce con el nombre

de potencial químico, que es lo que se maneja en cálculos

termodinámicos en equilibrio, ya que el equilibrio químico entre dos

sistemas implica la igualdad de potenciales químicos y su uso facilita los

cálculos.

EntalpíaEntalpía (del griego ἐνθάλπω [enthálpō], ‘agregar calor’; formado por ἐν [en], ‘en’ y θάλπω [thálpō], ‘calentar’) es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H mayúscula, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno.

En la historia de la termodinámica se han utilizado distintos términos para denotar lo que hoy conocemos como entalpía. Originalmente se pensó que esta palabra fue creada por Émile Clapeyron y Rudolf Clausius a través de la publicación de la relación de Clausius-Clapeyron en The Mollier Steam Tables and Diagrams de 1827, pero el primero que definió y utilizó el término entalpía fue el holandés Heike Kamerlingh Onnes, a principios del siglo XX.1

En palabras más concretas, es una función de estado de la termodinámica donde la variación permite expresar la cantidad de calor puesto en juego durante unatransformación isobárica, es decir, a presión constante en un sistema termodinámico, teniendo en cuenta que todo objeto conocido se puede entender como un sistema termodinámico. Se trata de una transformación en el curso de la cual se puede recibir o aportar energía (por ejemplo la utilizada para un trabajo mecánico). En este sentido la entalpía es numéricamente igual al calor intercambiado con el ambiente exterior al sistema en cuestión.

Dentro del Sistema Internacional de Unidades, la entalpía se mide habitualmente en joules que, en principio, se introdujo como unidad de trabajo.

El caso más típico de entalpía es la llamada entalpía termodinámica. De ésta cabe distinguir la función de Gibbs, que se corresponde con la entalpía libre, mientras que la entalpía molar es aquella que representa un mol de la sustancia constituyente del sistema.

EntropíaEn termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es una magnitud física que, mediante cálculo, permite determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos. La palabra entropía procede del griego (ἐντροπία) y significa evolución o transformación. Fue Rudolf Clausius quien le dio nombre y la desarrolló durante la década de 1850;1 2 y Ludwig Boltzmann, quien encontró en 1877 la manera de expresar matemáticamente este concepto, desde el punto de vista de la probabilidad.3

Entropía y termodinámica[editar]

Esta idea de desorden termodinámico fue plasmada mediante una función ideada por Rudolf

Clausius a partir de un proceso cíclico reversible. En todo procesoreversible la integral

curvilínea de

sólo depende de los estados inicial y final, con independencia del camino seguido (δQ es la

cantidad de calor absorbida en el proceso en cuestión y T es latemperatura absoluta). Por

tanto, ha de existir una función del estado del sistema, S=f(P,V,T), denominada entropía, cuya

variación en un proceso reversible entre los estados 1 y 2 es:

 .

Téngase en cuenta que, como el calor no es una función de estado, se usa δQ, en lugar

de dQ. La entropía física, en su forma clásica, está definida por la ecuación siguiente:

o, más simplemente, cuando no se produce variación de temperatura (proceso

isotérmico):

donde S es la entropía,   la cantidad de calor intercambiado entre el sistema y el

entorno y T la temperatura absoluta en kelvin.

Unidades: S=[cal/K]

Los números 1 y 2 se refieren a los estados iniciales y finales de un sistema

termodinámico.

Energía de HelmholtzEnergía de Helmholtz (también denominada función de Helmholtz, energía libre de Helmholtz o función trabajo) es una magnitud extensiva, función de estado y potencial termodinámico, de un sistema termodinámico que mide el trabajo obtenible en un sistema cerrado, en condiciones de temperatura constante. No depende del proceso sufrido, sino del estado final e inicial del sistema. Se usa para ver qué procesos son espontáneos en condiciones de temperatura y volumen constantes. Si el volumen no se mantiene constante, parte del trabajo se efectua en el entorno. Previamente era denominada energía libre, término que actualmente se retiró de acuerdo a la proposición de la IUPAC.1

La energía de Helmholtz fue desarrollada por Hermann von Helmholtz, un físico alemán, y suele denominarse con la letra F. Sin embargo la IUPAC recomienda el uso de la letra A (del alemán “Arbeit”, trabajo) y el uso del nombre "energía de Helmholtz".

Propiedades de la Energía de Helmholtz[editar]

Se mide en joules [J], calorías [cal] o cualquier otra unidad de energía. Sus variables

canónicas son la temperatura   y el volumen   del sistema. Además, se suele simbolizar con

la letra A, de «trabajo» (arbeit, en alemán) o la letra F, de libre (free, en inglés). La definición

es:

donde U es la energía interna y S la entropía. La definición anterior implica la 1-

forma diferencial viene dada por:

donde P es la presión del sistema.