Algumas observações sobre a energia “livre” de Gibbs
Trecho traduzido e adaptado do original
Algumas observações sobre a energia “livre” de Gibbs
Energia livre não é necessariamente “livre”: a denominação “energia livre” para G gerou tanta confusão que muitos cientistas agora se referem a ela simplesmente como energia de Gibbs. A parte “livre” do nome antigo reflete as origens da máquina a vapor da termodinâmica com seu interesse em converter calor em trabalho: ΔG é a quantidade máxima de energia que pode ser “liberada” do sistema para realizar um trabalho útil. Por “útil”, queremos dizer trabalho diferente daquele que está associado à expansão do sistema. É mais comumente na forma de trabalho elétrico (movimentação da carga elétrica por meio de uma diferença de potencial), mas outras formas de trabalho (trabalho osmótico, aumento da área superficial) também são possíveis.
Energia livre não é energia: uma dificuldade muito mais séria com a função de Gibbs, particularmente no contexto da química, é que embora G tenha as unidades de energia (joules, ou em sua forma intensiva, J .mol^– 1), ela carece de um dos atributos mais importantes de energia – ela não é conservada. Assim, embora a energia livre sempre caia quando um gás se expande ou uma reação química ocorre espontaneamente, não há necessidade de aumento compensatório de energia em nenhum outro lugar. Referir-se a G como uma energia também reforça a noção falsa, mas difundida, de que uma queda na energia deve acompanhar qualquer mudança. Mas se aceitarmos que a energia é conservada, é aparente que a única condição necessária para a mudança (seja a queda de um peso, a expansão de um gás ou uma reação química) é a redistribuição de energia. A quantidade –ΔG associada a um processo representa a quantidade de energia que é “compartilhada e espalhada”, que como já explicamos é o significado do aumento da entropia. O quociente –ΔG / T é de fato idêntico a ΔStotal, a mudança de entropia do mundo, cujo aumento é o critério primário para qualquer tipo de mudança.
A energia livre nem mesmo é “real”: G difere das grandezas termodinâmicas H e S de outra maneira significativa: não tem realidade física como propriedade da matéria, enquanto H e S podem estar relacionados à quantidade e distribuição de energia em um coleção de moléculas (por exemplo, a terceira lei da termodinâmica). A energia livre é simplesmente uma construção útil que serve como critério de mudança e torna os cálculos mais fáceis.
Definição (1)
Energia livre de Gibbs. É o trabalho termodinâmico mínimo (em pressão constante) necessário para conduzir uma reação química (ou, se negativo, é o trabalho máximo que pode ser feito pela reação).
Definição (2)
A energia livre de Gibbs (G) é um termo usado na termodinâmica e serve para representar uma medida do trabalho máximo disponível que pode ser derivado de qualquer sistema sob condições de temperatura (T) e pressão (P) constantes. O G é uma “função de estado” termodinâmica, ou seja, uma propriedade de equilíbrio que depende apenas das condições – tais como T, P e campos elétricos, magnéticos e gravitacionais – impostas ao sistema que está sendo considerado, e não à história passada desse sistema. Algo importante é que, como os valores absolutos de G não podem ser determinados, as mudanças em G à medida que um sistema vai de um estado para outro tornam-se o foco principal de atenção. Esses valores ΔG (“delta-G”) são altamente informativos.
Se ΔG (= estado Gfinal – estado Ginicial) for negativo, o processo observado libera energia: ocorrerá espontaneamente e pode ser aproveitado para fazer um trabalho útil. Para mudanças químicas, os valores de energia livre padrão tabelados podem ser usados para prever a direção e o rendimento de energia de uma determinada reação.
Por exemplo, é fácil calcular que se alguém queimar um mol (114 g) de isooctano – resultando em dióxido de carbono e água, um total de 5226 kJ (quilojoules) de energia livre de Gibbs será liberado*, ou seja, ΔG = –5226 kJ / mol . Este grande valor negativo prevê um processo espontâneo que prossegue completamente para os produtos. Executado em um motor de combustão interna, cerca de um terço do ΔG será recuperado. Uma fração substancialmente maior poderia ser extraída por uma célula de combustível. [*Atenção, lembre do que foi escrito anteriormente sobre os termos ‘livre’ e ‘energia’]