Fue la primera persona a la que se le otorgo un doctorado enCiencias por una universidad estadounidense (Yale, 1863). Desde 1871hasta su muerte tuvo a su cargo la cátedra de fisicomatemáticas de Yale.Gibbs formuló gran parte de los fundamentos teóricos que dieron origenal desarrollo de la termodinámica química.

J. Gibbs propuso una nueva función de estado que ahora conocemoscomo energía libre de Gibbs o simplemente energía libre, la cual sesimboliza con la letra G.

ENERGIA LIBRE

concepto

La energía libre (G) de un estado se define como:

G= H – TS

Donde T es la temperatura absoluta. En un proceso que se lleva a cabo atemperatura constante, el cambio de energía libre del sistema, ∆G, estádado por la expresión:

∆G = ∆H – T∆S

Para ver como la función G se relaciona con la espontaneidad dereacción, recuérdese que para una reacción que ocurre a temperatura ypresión constante:

como:

Si se comparan las anteriores ecuaciones se ve el cambio de energía libre de un proceso que se lleva a cabo a temperatura y presión constante ∆G y la espontaneidad de una reacción es la siguiente:

=) si ∆G es negativo, la reacción es espontanea en el sentido directo

=) si ∆G es cero, la reacción esta en equilibrio=) si ∆G es positivo, la reacción en el sentido

directo no es espontanea; es necesario aportar trabajo desde el entorno para que se lleve a cabo. En cambio, la reacción inversa será espontánea.

La analogía entre el cambio de energía potencial de una roca que rueda cuesta abajo (a) y en el cabio de energía libre de una reacción espontanea (b). En (a) la posición de equilibrio esta dada por la energía potencial mínima de que dispone el sistema. En (b) la posición de equilibrio esta dada por la energía libre mínima de que dispone el sistema.

Se suele establecer una analogía entreel cambio de energía libre durante unareacción espontanea y el cambio deenergía potencial cuando una rocarueda cuesta abajo por una pendiente.La energía potencial del campogravitatorio “impulsa” la roca hasta queesta alcanza un estado de energíapotencial mínima en el valle. De modoanálogo, la energía libre de un sistemaquímico disminuye hasta alcanzar unavalor mínimo. Cuando se alcanza estemínimo, existe un estado de equilibrio.En todo proceso espontaneo atemperatura y presión constantes, laenergía libre siempre disminuye.

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g

Una de las aplicaciones importantes de las reacciones químicas es laproducción de energía en forma de trabajo útil, donde útil significa queestamos excluyendo el trabajo hecho por un cambio en volumen contrauna presión externa (trabajo PV). Por ejemplo, en la combustión depetróleo, se libera calor que se utiliza para generar vapor que puedeproducir trabajo mecánico o el trabajo eléctrico que se puede obtener deuna celda electroquímica, estos son ejemplos de trabajo útil. La energíalibre de Gibbs lleva ese nombre porque es la parte de la energía de unsistema que se puede convertir libremente en trabajo útil a temperatura ypresión constante. El problema es controlar la energía útil y transformarlaa trabajo sin que se pierda en calor. Solo reacciones espontáneas para lascuales la energía libre de Gibbs disminuye durante la reacción puedenhacer trabajo útil. Según disminuye la energía libre, la capacidad de hacertrabajo va disminuyendo hasta que el sistema llega a equilibrio. En esteestado ya el sistema no puede hacer trabajo útil y tanto los reactivos comolos productos tienen la misma energía libre, ∆DG = 0

Para la reacción:Fe2O2(s) + 3 H2(g) º 2 Fe(2) + 3 H2ODetermine: ∆DH , DG a 25°C dado los siguientes datos:

(Respuesta: DH = -8.4 Kcal/mol, DS = -0.052 Kcal/mol)

Propiedad ∆Hf°, (Kcal/mol) S°, (cal/mol K)

Fe2O3(s) -196.5 21.5

H2(g) 0 32.1

Fe(s) 0 6.5

H2O -68.3 16.7