In termodinamica, l'energia libera di Gibbs è anche conosciuta come entalpia libera, che è un potenziale termodinamico che può essere utilizzato per calcolare il lavoro reversibile massimo che un sistema termodinamico può eseguire a temperatura e pressione costanti (isotermico, isobarico).
Proprio come nella meccanica, dove la riduzione dell'energia potenziale è definita come il massimo lavoro che può essere svolto, potenziali diversi hanno significati diversi. La caduta di energia libera di Gibbs (Joule in unità internazionali) è la quantità massima di lavoro di non espansione che può essere estratta da un sistema termodinamico chiuso; questo massimo può essere raggiunto solo in un processo completamente reversibile.
Quando un sistema cambia in modo reversibile dal suo stato iniziale a quello finale, la riduzione dell'energia libera di Gibbs è uguale al lavoro svolto dal sistema nel suo ambiente, ridotto dal lavoro della forza di pressione.
L'energia libera di Gibbs è indicata con G ed espressa nell'equazione G = H - TS.
Equazione di Gibbs Helmholtz:
ΔG = ΔH - TΔS
Questa equazione è molto utile per prevedere la spontaneità di un processo.
(i) Se ∆G è negativo, il processo è spontaneo
(ii) Se ∆G è positivo, il processo non è spontaneo
(iii) Se uguale a zero, il processo è in equilibrio
(Leggi anche: Conoscere la legge di Boyle)
L'energia libera di Gibbs, originariamente chiamata energia disponibile, è stata sviluppata nel 1870 dallo scienziato americano Josiah Willard Gibbs. Nel 1873, Gibbs descrisse questa "energia disponibile" come:
"La massima quantità di lavoro meccanico che può essere ottenuta da una sostanza a una certa quantità in un dato stato iniziale, senza aumentare la quantità di volume o consentire al calore di fluire verso o dall'esterno dell'oggetto, tranne che nei processi di chiusura che rimangono nel loro stato iniziale."
Lo stato iniziale dell'oggetto, secondo Gibbs, dovrebbe essere tale che "gli oggetti possono essere fatti passare dallo stato di rilascio di energia mediante un processo reversibile".
Energia libera ed equilibrio di Gibbs
Δ r GƟ = Δ r HƟ - TΔ r SƟ = −2.303RTlogK
Dove:
K è la costante di equilibrio
R è la costante dei gas
T è la temperatura
Per una forte reazione endotermica, il valore di Δ r HƟ ampio e positivo. Per questo valore la reazione K sarà molto inferiore a 1 e la reazione formerà un prodotto.
Per una forte reazione endotermica, il valore di Δ r HƟ grande e negativo. Per una tale reazione il valore K sarebbe maggiore di 1.
