Energía libre

Hemos estudiado que el flujo calorífico en una reacción efectuada a temperatura y presión constantes se puede relacionar con las entalpias de los productos y los reactivos. Del mismo modo, la capacidad de una reacción para producir trabajo útil (a temperatura y presión constantes) se puede relacionar con una función de estado del sistema (productos y reactivos), conocida como su energía libre o energía de Gibbs, G. De manera que:

donde ΔG es la variación de energía libre. La energía libre puede describirse como el trabajo máximo que puede producir una reacción, excepto aquel que se debe a un cambio de volumen.

Este trabajo útil, igual a la disminución de energía libre del sistema, es distinto del trabajo presión-volumen. Cuando se disocia el agua electrolíticamente, por el paso a su través de una corriente eléctrica, el trabajo eléctrico se almacena en forma de aumento de energía libre de los gases H₂ y 0₂.

Por tanto, a temperatura y presión constantes, tendremos que:
— si ΔG es negativo, la reacción es espontánea;
— si ΔG es positivo, la reacción es no espontánea; y
— si ΔG es nulo, la reacción está en equilibrio y no avanzará en ninguna dirección.

La variación de energía libre, ΔG, a diferencia de la variación de entalpia, varía considerablemente con la temperatura y la presión. Así, la reacción:

es no espontánea a 25 °C y 1 atm, pero puede hacerse espontánea al aumentar la temperatura y disminuir la presión.

Por este motivo trabajaremos con el cambio de energía libre a 1 atm de presión, ΔG°.