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Energia Livre de Gibbs

Também conhecida como energia de Gibbs ou simplesmente energia livre, a energia livre de Gibbs é uma função termodinâmica que mede o total de energia disponível para realização de trabalho útil em condições de temperatura e pressão constantes. O nome dessa função é uma homenagem ao cientista estadunidense Josian Willard Gibbs, um importante fundamentador da Termodinâmica Química do final do século XIX.

A energia livre do Gibbs é usada para prever se um processo é espontâneo ou não. Ela relaciona outras duas importantes grandezas termodinâmicas: a variação de entalpia, que é a quantidade de energia liberada ou absorvida por um sistema em pressão constante, e a variação de entropia, que é o grau de desordem de um sistema. Através da associação dessas duas grandezas, foi possível chegar a uma função capaz de dizer se a reação é espontânea ou não espontânea. Para um processo que é realizado à temperatura constante, a variação de energia de Gibbs (ΔG) é dada pela expressão:

Fórmula da variação da energia de gibbs

Onde, ΔH representa a variação de entalpia, T representa a temperatura e ΔS, a variação de entropia.

Dessa forma, temos 3 hipóteses importantes:

  • Quando a variação de energia de Gibbs é negativa (ΔG < 0), a reação ocorre espontaneamente em qualquer temperatura.
  • Quando ΔG = 0, o sistema reativo está em equilíbrio.
  • Quando ΔG > 0, a reação não é espontânea.

Examinando a expressão de variação de energia livre de Gibbs ΔG = ΔH – T. ΔS, veremos que essa variação de energia livre é negativa (o que indica um processo espontâneo) quando o processo for exotérmico (ΔH < 0) e houver aumento de entropia do sistema (ΔS > 0), independentemente de qualquer outra consideração.

Veja no quadro abaixo as quatro possíveis relações entre as variações de entalpia e entropia na variação de energia livre de Gibbs:

  Situação   Efeito   Exemplo de processo
ΔH negativo e ΔS positivo

 

(ΔH < 0 e ΔS > 0)

Processo ocorre espontaneamente sob qualquer temperatura Diluição de substâncias
ΔH negativo e ΔS negativo

 

(ΔH < 0 e ΔS < 0)

A liberação de energia é uma característica dominante e o processo é espontâneo a temperaturas baixas Solidificação e condensação de substâncias
  ΔH positivo e ΔS positivo(ΔH > 0 e ΔS > 0) O processo ocorre espontaneamente sob altas temperaturas e o fato do processo ser endotérmico é pouco relevante Fusão e vaporização de substâncias
  ΔH positivo e ΔS ngativo(ΔH > 0 e ΔS < 0) O processo não é espontâneo em nenhuma condição de temperatura e a reação inversa é espontâneo em qualquer temperatura Formação de corpo de fundo numa solução insaturada

De acordo com essa teoria de Gibbs, todo sistema possui um conteúdo energético, porém, somente uma porção dessa energia pode ser convertida em trabalho. Assim, um processo é espontâneo quando realiza trabalho, isto é, quando a variação de energia livre de Gibbs diminui (ΔG < 0).

Referências bibliográficas

JONES, Loretta. Princípios de Química – questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2001.

MACHADO, Andrea Horta, MORTIMER, Eduardo Fleury. Química volume único. São Paulo: Scipione, 2005.

Por: Mayara Lopes Cardoso

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