Energia livre de Gibbs

A energia livre de Gibbs é definida como a quantidade máxima de energia útil que pode ser reaproveitada de um sistema termodinâmico em condições de pressão constante. Foi proposta pelo físico estadunidense Josiah Willard Gibbs em 1878 e é usada para determinar a espontaneidade de reações químicas. Veja mais sobre a energia livre e aprenda a realizar seu cálculo.

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O que é a energia livre de Gibbs

A energia livre do sistema é toda energia que é reaproveitada de maneira útil. Em reações químicas, essa energia é responsável pela reorganização do sistema após o acontecimento da reação. É representada como uma variação de energia pela letra grega delta (Δ) e a letra G, portanto ΔG. Além disso, ela depende da variação de entalpia (H) e de entropia (S) do sistema, bem como a temperatura absoluta (em Kelvin).

Tratando-se de reações químicas, a energia livre de Gibbs é usada para determinar a espontaneidade delas. De modo geral, quando ΔG > 0, ou seja, se é positivo, a reação não é espontânea. Se ΔG < 0, ele é negativo e acontece uma liberação de energia pelo sistema, resultando em uma reação espontânea. Ainda, ΔG pode ser nulo e, quando isso acontece, o equilíbrio químico é atingido.

Como determinar e calcular

O cálculo de ΔG é feito por uma equação matemática que correlaciona as variações de entalpia e entropia, além da temperatura absoluta de um sistema. Veja abaixo:

ΔG = ΔH – T.ΔS

Em que:

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• ΔG: variação da energia livre de Gibbs (J ou cal);
• ΔH: variação de entalpia do sistema (J/mol ou cal/mol);
• ΔS: variação de entropia do sistema (J/mol.K ou cal/mol.K);
• T: temperatura do sistema (Kelvin).

Unidades de energia livre de Gibbs

• Caloria (cal);
• Quilocaloria (kcal), em que 1 kcal = 1000 cal;
• Joule (J);
• Quilojoule (kJ), em que 1 kJ = 1000 J.

A energia livre de Gibbs pode ser expressa em qualquer uma dessas unidades, desde que seja condizente com todas as unidades de medidas dos outros termos da equação. Por exemplo, se entalpia é dada em joule, a unidade de medida da energia livre deve ser em joule também. Além disso, vale ressaltar que 1 kcal equivale a 4,18 kJ, do mesmo modo que 1 cal = 4,18 J.

Energia livre de Gibbs X energia livre de Helmholtz

Em estudo termodinâmico, tanto a energia de Gibbs quanto a de Helmholtz medem a quantidade de energia do sistema que pode ser utilizada na forma de trabalho. A diferença é que a energia livre de Gibbs é definida quando a pressão é constante, enquanto a energia livre de Helmholtz é definida em volume constante.

Por isso, essa última é mais empregada nos estudos de engenharia química, visto que os processos acontecem em reatores de volume constante. As reações estudadas em química tendem a acontecer em pressão atmosférica, consequentemente, constante.

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Vídeos sobre a energia de Gibbs

Agora que o conteúdo já foi apresentado, veja abaixo vídeos selecionados que ajudam a assimilar e compreender melhor o tema do estudo de processos químicos.

Entropia e energia livre de Gibbs

Para entender o conceito de energia livre de Gibbs, é preciso saber o que a entropia representa, visto que são duas ideias que se complementam. A entropia mede a desordem de um sistema e tende sempre a aumentar. Em contrapartida, a energia livre mede a quantidade de energia que pode ser reaproveitada em um processo e é o que mostra a espontaneidade das reações químicas. Entenda sobre esses dois conceitos.

Energia de Gibbs e a espontaneidade de reações

Processos de transformação química e reações acontecem de forma espontânea ou não, e essa análise pode ser feita a partir da dimensão da energia livre de Gibbs do processo. Se uma reação não for espontânea, é necessária a aplicação de algum tipo de estímulo externo que favoreça a ocorrência dela, e seu ΔG é positivo. Por outro lado, as reações espontâneas acontecem naturalmente, apenas ao misturar os reagentes, e possuem um ΔG negativo. Entenda mais sobre isso no vídeo acima.

Resolução de exercício sobre a energia livre

A energia livre está atrelada ao conceito de entropia e indica a máxima energia útil que se pode aproveitar de um sistema, ou seja, que possa ser aproveitada. Analisar o ΔG de reações químicas indica sua espontaneidade. Veja um resumo sobre o conceito de energia livre de Gibbs e a resolução de um exercício sobre esse tema que tem ganhado cada vez mais espaço em vestibulares do Brasil todo.

Em síntese, a energia livre de Gibbs é definida como a quantidade de energia máxima que pode ser reaproveitada por um sistema termodinâmico em pressão constante. Ela é usada para determinar a espontaneidade de reações químicas. Não pare de estudar por aqui: aprenda também sobre a variação de entalpia!

Referências