Whatsapp icon Whatsapp

Cálculo da energia livre de Gibbs

O cálculo da energia livre de Gibbs utiliza as variações de entalpia e entropia para determinar a espontaneidade de um sistema químico.
A metalurgia é um ramo de aplicação do cálculo da energia livre de Gibbs
A metalurgia é um ramo de aplicação do cálculo da energia livre de Gibbs

Em 1873, o físico, matemático e químico norte-americano Josiah Willard Gibbs encontrou uma forma de identificar, por meio da Termodinâmica, se um determinado sistema químico é ou não espontâneo.

De acordo com Gibbs, sempre que um processo químico espontâneo ocorre, ela acaba liberando energia. Porém, parte dessa energia liberada é utilizada pelo próprio sistema (substâncias) para que ele possa reorganizar-se. Com isso, ele criou um cálculo matemático capaz de prever a espontaneidade de uma reação, o qual ele denominou de energia livre de Gibbs.

Para realizar o cálculo da energia livre de Gibbs, Willard Gibbs criou uma fórmula que leva em consideração vários aspectos importantíssimos da Termodinâmica:

ΔG = ΔH – T. ΔS

  • ΔG = Variação da energia livre de Gibbs

  • ΔH = Variação da entalpia do sistema

  • ΔH = Variação da entropia do sistema

  • T = Temperatura do sistema

Quando calculamos a energia livre de Gibbs, podemos ter um resultado negativo ou um positivo, haja vista que é feita uma subtração entre as grandezas físicas envolvidas. Assim, se o resultado for negativo, o processo é espontâneo; porém, se o resultado for positivo, o processo não será espontâneo.

ΔG < 0 (negativo): processo espontâneo

OU

ΔG > 0 (positivo): processo não espontâneo

O cálculo da energia livre de Gibbs, além de prever se um sistema é espontâneo, dá-nos uma noção exata sobre a quantidade de energia que podemos utilizar de um processo químico para realizar algum tipo de trabalho, sendo esse trabalho representado pela diferença:

ΔH – T. ΔS

Exemplo 1: Dada a reação abaixo:

I2(g) + Cl2(g) → 2 ICl(g)

A partir de que temperatura, sabendo que ΔH = 8,4 kcal/mol e ΔS = 37 cal/K.mol, esse processo será espontâneo?

  • ΔH = 8,4 Kcal/mol

  • ΔS = 378 cal/K.mol

Como estão em unidades diferentes, devemos transformar o ΔS de cal para Kcal dividindo por 1000.

ΔH = 8,4 Kcal/mol

ΔS = 0,037 Kcal/K.mol

Como a questão pede um processo espontâneo, devemos pensar em ΔG < 0 e, como temos apenas ΔH e ΔS, utilizaremos a expressão do cálculo da energia livre de Gibbs da seguinte maneira para encontrar a temperatura:

ΔG < 0

ΔH – T. ΔS < 0

8,4 – T.0,037 < 0

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

- T.0,037 < - 8,4 . (-1)

T > 8,4

0,037

T > 227,02 K

Exemplo 2: (UFCE) A 25o C, a transformação isotérmica:

N2O(g) → N2(g) + 1/2O2(g)

Apresenta ΔH = - 19,5 Kcal/mol e ΔS = 18 cal/K.mol. Qual é o valor do ΔG desse sistema em Kcal/mol?

Os dados fornecidos foram:

  • ΔH = - 19,5 Kcal/mol

  • ΔS = 18 cal/K.mol

  • T = 25o C

Como estão em unidades diferentes e a questão pede o resultado em Kcal, devemos transformar o ΔS de cal para Kcal dividindo por 1000. Além disso, a temperatura deve estar em Kelvin e, para isso, devemos somar o valor em Celsius com 273.

  • ΔH = - 19,5 Kcal/mol

  • ΔS = 0,018 Kcal/K.mol

  • T = 298 K

Por fim, basta utilizar os valores fornecidos e transformados na fórmula da energia livre de Gibbs:

ΔG = ΔH – T. ΔS

ΔG = - 19,5 – 298.0,018

ΔG = -19,5 – 5,364

ΔG = - 24,864 Kcal/mol

Exemplo 3: A reação de formação da amônia, NH3(g), que se encontra esquematizada logo a seguir, possui variação de entalpia igual a -11,0 Kcal/mol e variação da energia livre de Gibbs igual a - 4,0 Kcal/mol a 27o C. Calcule a variação de entropia (ΔS) dessa reação, nessa temperatura, em cal/K.mol.

N2 + 3 H2 → 2 NH3

Os dados fornecidos foram:

  • ΔH = - 11 Kcal/mol

  • ΔG = - 4 Kcal/mol

  • T = 27o C

Como estão em unidades diferentes e a questão pede o resultado em Kcal, devemos transformar o ΔS de Kcal para cal multiplicando por 1000. Além disso, a temperatura deve estar em Kelvin e, para isso, devemos somar o valor em Celsius com 273.

  • ΔH = - 11000 cal/mol

  • ΔG = - 4000 cal/K.mol

  • T = 300 K

Por fim, basta utilizar os valores fornecidos e transformados na fórmula para realizar o cálculo da energia livre de Gibbs:

ΔG = ΔH – T. ΔS

- 4000 = - 11000 - 300. ΔS

- 4000 + 11000 = - 300. ΔS

7000 = - 300. ΔS (-1)

ΔS = - 7000

300

ΔS = - 23,33 cal/mol

Publicado por Diogo Lopes Dias

Artigos Relacionados

Aplicações da termodinâmica
A termodinâmica tem muitas aplicações, conseguindo descrever situações complicadas. Conheça algumas delas aqui!
Calores de reação
Calores de reação, variação de entalpia, Reação de neutralização, Reação de combustão, Calor de vaporização, dissolução, Calor de combustão, Calor de condensação, calor de formação.
Cálculo da variação da entropia
Clique e aprenda como deve ser realizado o cálculo da variação da entropia de um sistema químico.
Entalpia
Compreenda o que é entalpia, quais são os diferentes processos que envolvem o cálculo de variação de entalpia, e o que ele determina em uma reação química.
Entropia
A grandeza entropia (S) está relacionada ao grau de organização de um sistema.
Primeira Lei da Termodinâmica
Clique aqui e entenda o que a Primeira lei da Termodinâmica prenuncia!
Segundo Princípio da Termodinâmica
Saiba o que diz esse princípio.
Termodinâmica
Acesse e descubra os conceitos da termodinâmica, conheça quais são as leis da termodinâmica e teste seu aprendizado com os exercícios resolvidos sobre o assunto.
video icon
Escrito"Matemática do Zero | Moda e Mediana" em fundo azul.
Matemática do Zero
Matemática do Zero | Moda e Mediana
Nessa aula veremos como calcular a moda e a mediana de uma amostra. Mosrarei que a moda é o elemento que possui maior frequência e que uma amostra pode ter mais de uma moda ou não ter moda. Posteriormente, veremos que para calcular a mediana devemos montar o hall (organizar em ordem a amostra) e verificar a quantidade de termos dessa amostra.

Outras matérias

Biologia
Matemática
Geografia
Física
Vídeos
video icon
Pessoa com as pernas na água
Saúde e bem-estar
Leptospirose
Foco de enchentes pode causar a doença. Assista à videoaula e entenda!
video icon
fone de ouvido, bandeira do reino unido e caderno escrito "ingles"
Gramática
Inglês
Que tal conhecer os três verbos mais usados na língua inglesa?
video icon
três dedos levantados
Matemática
Regra de três
Com essa aula você revisará tudo sobre a regra de três simples.