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:
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
