Energia Livre de Gibbs (FÍSICA & INTRODUÇÃO A QUÂNTICA)
Eliseu
Especialista em Projetos e Desenvolvimentos
ENGEFISIC - Especialistas Técnicos e Científicos Ltda - Segue...
A energia livre
A energia livre de Gibbs (∆Gº), é uma grandeza termodinâmica definida como a diferença entre variação de entalpia (∆Hº) e a temperatura (T) vezes a variação de entropia (∆Sº) em uma reação. De acordo com a equação abaixo:
∆Gº=∆Hº – T∆Sº
onde:
∆Hº= é uma função de estado chamada de variação de entalpia que informa a variação de energia em pressão constante.
T=
∆Sº= a variação de entropia é uma função de estado que informa a variação de energia em função do estado de liberdade das partículas.
A variação de energia livre em Bioquímica
A ∆Gº negativa em bioquímica é rigorosamente seguida sob pena de uma reação não ocorrer caso o valor da grandeza seja positivo ou a liberação energética seja baixa. A vida nos organismos aeróbios existe simplesmente por que eles derivam a energia livre contida na glicose, por exemplo, através da oxidação onde a entalpia é negativa favorecendo um valor negativo de variação de energia livre, aumentando a entropia do ambiente quando estes liberam o CO2 e H2O de acordo com a reação:
Equilíbrio Químico e ΔG°
A variação de energia livre ΔG de um sistema representa a energia requerida para que seja realizado trabalho útil, em sua mudança de estado. No decorrer da reação observamos que a capacidade de realização de trabalho útil vai gradativamente diminuindo, com o consumo dos reagentes e formação de produto deste modo o sistema atinge o equilíbrio dinâmico, o que mostra que a ΔG tanto dos produtos quanto dos reagentes são iguais fornecendo ΔG=0. De acordo com o diagrama abaixo se conclui que:
ΔG= 0 | Sistema atingiu equilíbrio dinâmico |
ΔG= positiva | A reação ocorre em favor dos reagentes |
ΔG= negativa | Segue para o estado de equilíbrio |
Ou expressando por meio das equações:
Onde : R é a constante de Boltzman ou seja R= 0,082 L atm-1
T é temperatura em Kelvins(K) onde K= T em °C + 273,15
Eletroquímica e ΔG°
Quando ΔG° se aproxima de zero em uma célula eletroquímica, esta atingiu o equilíbrio. Onde, os reagentes e os produtos encontram-se na mesma quantidade e a bateria descarregou sua carga dizemos que este sistema encontra-se em equilíbrio. Diante disso um cientista chamado Nernest deduziu uma equação capaz de fornecer a força eletromotriz (fem) através da energia livre, “por que a energia livre é proporcional a fem que depende da concentração dos reagentes na célula.” Essa relação é mais bem expressa através das equações:
ΔG= ΔG° + RTlnK onde:
ΔG= -nFE e ΔG°=-nFEº substituindo,
-nfE=-nFEº+RT lnK dividindo os termos por –nF temos:
E=Eº- RT/nF lnK ( Equação de Nernest)
Calculando a energia livre de Gibbs
Calcule a variação de energia livre da formação da amônia a 25ºC e 1atm. Quando ∆Hº= -46,11KJ∙mol-1 e ∆Sº=-99,37 J∙K-1∙mol-1, de acordo com a reação:
Passo 1: Transformar a temperatura que está em Celsius para Kelvin e a variação de entropia de J∙K-1∙mol-1 para KJ∙K-1∙mol-1.
Passo 2: substituir na equação os dados:
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