5.9.- La Función de Gibbs  

Ni la entalpía (H) ni la entropía (S) nos dicen directamente si un proceso es espontáneo o no lo es. La función de Gibbs, (o energía libre), sí que nos da la medida de la espontaneidad del proceso. La función de Gibbs es una función de estado, es decir, sólo depende del estado final e inicial del sistema y no del camino seguido para pasar de uno a otro, y se define como:

G = H ‑ T.S

La función de Gibbs también tiene unidades de energía y como en casos anteriores, no podemos determinar su valor absoluto y nos tenemos que conformar con calcular sus variaciones. En un proceso determinado a presión y temperatura constantes (condiciones habituales de trabajo en química), se cumplirá que:

Vamos a estudiar las distintas posibilidades de DG:

  1. Si  DG  <  0            proceso espontáneo.

  2. Si  DG  =  0            alcanza el equilibrio.

  3. Si  DG  >  0             proceso no espontáneo;
                                   
            espontáneo el inverso.

 

Todo sistema va a tender a evolucionar hacia el equilibrio. Teniendo en cuenta que la temperatura debe estar en la escala absoluta (Kelvin) y que por lo tanto no puede ser negativa, se pueden distinguir 4 casos diferentes:

DG = DH ‑ T. DS

Caso DH DS Tipo de reacción DG Situación
1 < 0 > 0 exotérmica - espontánea a cualquier temperatura
2 < 0 < 0 exotérmica + / - espontánea a temperaturas bajas
3 > 0 > 0 endotérmica + / - espontánea a temperaturas altas
4 > 0 < 0 endotérmica + nunca será espontánea

 

Vamos a estudiar el paso del agua líquida a agua vapor a presión una atmósfera:

 

Para dicho proceso a T constante:

DH = 9710 cal              DS = 26 cal/K

Vamos a calcular DG a tres temperaturas:

  1. T = 500 K (227 ºC)                DG = 9710 ‑ 500.26 = - 3290 cal
    a 227 °C el agua líquida pasará a vapor de agua en un proceso que será espontáneo.
     

  2. T = 300 K (27ºC)                  DG = 9710 ‑ 300.26 =  1910 cal
    el proceso espontáneo es el inverso, es decir, a 27 ºC, el vapor de agua pasaría a agua líquida de forma espontánea.
     

  3. T = 373 K (100ºC)               DG = 9710 ‑ 373.26  »   0 cal
     
    el proceso está en equilibrio.

 

El proceso de cálculo de DG es el mismo que para calcular la entalpía DH. Hay que definir de igual manera un estado estándar para poder comparar las funciones de Gibbs para distintas reacciones.