Come calcolare l'energia libera di Gibbs

Chimica è una materia scolastica che per diversi studenti risulta interessante e divertente, ma che per altri riserva più di una difficoltà. Una di queste difficoltà è rappresentata dal concetto di energia libera di Gibbs e dagli esercizi ad essa inerente. In queste poche righe, dopo averne dato una definizione, vediamo come la si può calcolare.

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Prima di concentrare la nostra attenzione sull'oggetto di questo articolo, è bene focalizzarci sul concetto chimico di energia libera. Con questo termine si suole indicare la quantità di energia che si può trasformare in lavoro all'interno di un sistema termodinamico. Per definire tale quantità di energia si possono utilizzare due funzioni: quella di Helmholtz e quella di Gibbs. Nella pagina successiva ci concentreremo su quest'ultima.

L'energia libera di Gibbs è una funzione di stato utile per determinare la quantità di energia libera presente all'interno di trasformazioni chimiche realizzate con temperatura e pressioni costanti. Tale funzione prende il nome dallo statunitense Josiah Willard Gibbs, chimico che nel corso dell'Ottocento si è dedicato allo studio della termodinamica.

Vediamo ora come l'energia libera di Gibbs può essere rappresentata sotto forma di funzione.
G=H-TS
Con G intendiamo per l'appunto l'energia libera di Gibbs; con H l'entalpia (data dalla somma dell'energia interna con il prodotto della pressione per il volume); con T la temperatura espressa in gradi Kelvin; con S l'entropia (data dal rapporto fra la quantità di calore scambiata dal sistema e le temperature delle sorgenti con cui si scambia calore).

Allo stesso modo si può determinare la variazione dell'energia libera di Gibbs. In questo caso la funzione che ci occorre è la seguente: ΔG=ΔH-TΔS. Se la funzione è spontanea ΔG risulterà sempre negativa. Quando questa è negativa, la reazione viene detta esoergonica. In caso contrario, quando assume un valore positivo, si tratta di reazione endoergonica. Ne consegue il fatto che quando una reazione avviene ad una temperatura bassa e la variazione di entropia è ridotta, la variazione di energia libera dipende soprattutto dalla variazione di entalpia. Una reazione per essere altamente endoergonica, invece, deve avere un valore TΔS molto elevato, e questo accade quando si ha una temperatura molto alta o vi è un cospicuo aumento di entropia. Qualora il valore di ΔG è esattamente uguale a 0, siamo di fronte ad un sistema all'equilibrio.