Entalpie liberă

Potențiale termodinamice
Energie internă	$U \left( S , V , N \right) \,$
Entalpie	$H \left( S , p , N \right) \,$
Energie liberă	$F \left( T , V , N \right) \,$
Entalpie liberă	$G \left( T , p , N \right) \,$

Entalpia liberă (sau energia liberă Gibbs, denumirea recomandată de IUPAC fiind Gibbs energy sau Gibbs function) este o funcție de stare a unui sistem termodinamic. Entalpia liberă e legată de alte mărimi termodinamice fundamentale prin relația

$\quad G = H - T S = U - \sum_{i=1}^n X_i \, x_i - T S , \,$

unde $H \,$ este entalpia, $T \,$ temperatura, $S \,$ entropia, iar $U \,$ energia internă. Sistemul considerat are $n \,$ grade de libertate mecanice, $x = \left ( x_1 , ... , x_n \right ) ,$ sunt variabilele de poziție (lungimi, arii, volume, unghiuri), iar $X = \left ( X_1 , ... , X_n \right ) ,$ variabilele de forță (generalizate) conjugate.

Într-o transformare izotermă la variabile de forță constante, un sistem va atinge o stare finală de echilibru termodinamic corespunzătoare unui minim al entalpiei libere.

Exprimată ca funcție de temperatură și de variabilele de forță, entalpia liberă este un potențial termodinamic.

Istoric

Entalpia si energia libere sunt concepte care inlocuiesc conceptul mai vechi de afinitate chimica. Conceptul a fost intodus de Josiah Willard Gibbs în opera sa On the Equilibrium of Heterogeneous Substances.

Entalpia liberă a unui fluid

Fie o cantitate de fluid, care poate fi un amestec de $c \,$ componente de specii moleculare diferite. O stare de echilibru a acestui sistem este complet descrisă de variabilele temperatură $T,\,$ presiune $p\,$ și cantitățile în care sunt prezente componentele sale $N=\left(N_1, ..., N_c\right)\,$. Entalpia liberă $G \left( T,p,N \right) = U + p V - T S \,$ este un potențial termodinamic. Diferențiala totală

$dG = - S \, dT + V \, dp + \sum_{k=1}^c \mu_k \, dN_k \,$

furnizează ecuațiile de stare

$\left(\frac{\partial G}{\partial T}\right)_{p,\{N_k\}} =-S, \quad \left(\frac{\partial G}{\partial p}\right)_{T,\{N_k\}} = V, \quad \left(\frac{\partial G}{\partial N_j}\right)_{T,p,\{N_{k\ne j}\}} = \mu_j.$

Entalpia liberă de reacție

$\Delta G = \Delta H - T \Delta S \,$ la temperatură constantă

$\Delta_r G^\circ = -R T \ln K \,$

$\Delta_r G = \Delta_r G^\circ + R T \ln Q_r \,$ Qr câtul de reacție care la echilibru chimic e egal cu constanta de echilibru K.

$\Delta G = -nFE \,$

$\Delta G^\circ = -nFE^\circ \,$

Bibliografie

• Fermi, Enrico: Thermodynamics, Dover Publications, 1956, ISBN 978-0-486-60361-2. [Google books].
• Murgulescu, I.G. , R. Vîlcu, Introducere în chimia fizică, Vol. III Termodinamică chimică, Editura Academiei Republicii Socialiste România, București, 1982
• Țițeica, Șerban: Termodinamica, Editura Academiei Republicii Socialiste România, București, 1982.
• Stoian Petrescu Principiile termodinamicii, Editura Tehnică, București, 1986

Vezi și

• Potențial termodinamic
• Potențial chimic
• Entalpie
• Energie liberă