Energia gibbs

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Unidad 4.- Energía libre y equilibrio


Energía Libre de Gibbs
Los cambios de entalpía (ΔH) como entropía (ΔS) combinados determinan cuán favorable es una reacción. Por ejemplo, quemar un pedazo de madera libera energía (exotérmico, favorable) y resulta en una sustancia con menos estructura (se liberan gases de CO2 y H2O los cuales resultan menos 'ordenados' que la madera sólida). De estamanera se puede predecir que si un pedazo de madera fue encendido, continuará quemádose hasta en final. El hecho que esto ocurra así se adjudica al en su Energía libre de Gibbs
El grado en que una reacción es favorable fue descripto por el destacado químico Josiah Willard Gibbs, quien definió la energía libre de una reacción como
ΔG = ΔH - T ΔS
donde T es la temperatura en la escala de Kelvin.Dicha formula asume qua la presión y la temperatura se mantienen constantes durante la reacción, lo cual ocurre casi siempre en las reacciones bioquímicas y, por lo tanto en este libro se asume lo mismo.
Las unidades de ΔG (por Gibbs) son los "joules" en sistema SI. A menudo se utilizan las "calorías" debido a la relación que tienen con las propiedades del agua. Este libro utilizará ambostérminos de manera conveniente, pero la preferencia debería ser por el sistema de notación SI.
¿Qué es lo que Realmente Significa ΔG?
Si ΔG < 0 entonces los reactivos deberían, eventualmente, convertirse en los productos (lo que significa una reacción en sentido directo). (La energía libre de Gibbs no dice nada acerca de la tasa de la reacción, menciona solamente la probabilidad de que dicha reacciónocurra) De manera análoga si ΔG > 0 entonces se entiende que la reacción reversa resulta favorecida. El estado donde ΔG = 0 se denomina equilibrio y es el estado donde las reacciones directa y reversa ocurre a la misma tasa y, por tanto, no modifican el resultado neto de la reacción.

Calculo de energía libre
El cálculo de la energía libre puede hacerse de dos formas. Primero, usando la expresióndiferencial . En esta expresión no es necesario incluir ningún otro término puesto que no conocemos ninguna característica hidrostática del sistema. A este respecto es indiferente que estemos calculando el incremento de energía libre o el incremento de entalpía libre. Para integrar esta expresión necesitaríamos calcular, previamente, la entropía como función de la temperatura integrando el calorespecífico.
La segunda forma, algo más rápida, consiste en evaluar la definición de energía libre: . De ella se deduce que . La variación de energía interna es inmediata de evaluar: basta con sumar las contribuciones de los tres cuerpos y, obviamente, coincide con lo calculado en el apartado anterior. La variación de será pero esta resta habrá que evaluarla para cada cuerpo --para el cuerpo dosesta variación también será cero.--
El enunciado del problema da los valores iniciales absolutos de la entropía de los sistemas. Debemos calcular los valores finales absolutos. Para ellos se integra la entropía:

Por lo tanto se tendrá que:

Sustituyendo los datos del problema se obtiene:

Equilibrio fisico de sustancias
Para una sustancia simple, el único tipo de equilibrio que puedeencontrarse es el físico. Esto es, la coexistencia entre sus fases, no existiendo por consiguiente las interacciones químicas. El estudio teórico de tales fenómenos está contenido en la llamada teoría de las fases.
Una sustancia pura puede encontrarse en fase sólida, líquida o gaseosa. Estar vaporizándose o condensarse . Puede fusionarse o cristalizarse y puede sublimarse .
Los diagramastermodinámicos más simples son aquellos que relacionan los parámetros de estado P y T como en siguiente caso.

La relación de estos parámetros se establece por una ecuación de estado específica para cada sustancia:
F(P, T, V) = 0

Diagramas más complejos relacionan además de la presión, la temperatura y el volumen, además de otras propiedades termodinámicas como la entalpía, H y la entropía,...
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