Trabajo útil máximo

En 1878, J. W. Gibbs demostró que el criterio adecuado para la espontaneidad de una reacción química es su capacidad para producir trabajo útil. Así, si a temperatura y presión constantes una reacción puede ser regulada para efectuar trabajo útil, esta reacción es espontánea. Por el contrario, si para que la reacción se verifique es necesario suministrar trabajo desde el exterior, esta reacción no puede ser espontánea. Sin embargo, «no espontánea» no significa «imposible»; a menudo se puede hacer que se efectúe una reacción no espontánea, pero siempre cuesta trabajo lograrlo.

Acoplando el proceso no espontáneo de cierta masa de agua que fluye hacia arriba con el proceso espontáneo de una masa mayor de alguna sustancia que fluye hacia abajo, la imposibilidad de que el agua fluya hacia arriba puede hacerse «posible».

Para toda reacción que se verifica a temperatura y presión constantes hay una cantidad máxima definida de trabajo útil, w_u , que se puede obtener de una cantidad máxima de reactivo. Así, la interpretación del valor de w_u en la reacción:

es que se pueden obtener hasta +817,6 kJ de trabajo útil a partir de la reacción de combustión de un mol de metano.

Para la reacción:

el signo negativo de w_u indica que hay que suministrar, cuando menos, 237,0 kJ de trabajo para descomponer un mol de agua.

En resumen:
—si w_u > O, la reacción es espontánea; se puede producir trabajo útil;
—si w_u < 0, la reacción es no espontánea; debe suministrarse trabajo para que la reacción tenga lugar;
—si w_u = 0, el sistema reaccionante está en equilibrio y no sufrirá cambios.