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Energia libera

Significato dell'energia libera G

Tra il 1875 e il 1876, lo statunitense J. W. Gibbs dimostrò inequivocabilmente che l'unico criterio per stabilire la spontaneità di una reazione è la sua capacità di produrre lavoro utile.

Ciò significa che se a temperatura e pressione costante una reazione può produrre lavoro utile essa è termodinamicamente consentita, cioè spontanea.

Alle stesse conclusioni e indipendentemene giunse, nel 1882, H. Von Helmholtz, il quale affermò che: il verso secondo cui si svolge una reazione e la sua intensità sono determinati non dalle variazioni dell'energia termica totale (entalpia) ma solo da quella parte di essa che può trasformarsi in lavoro o in altre forme di energia che non siano calore.

Helmholtz distinse, dunque, l'energia totale posseduta da un sistema in due parti nettamente distinte, che egli chiamò rispettivamente energia libera (che produce lavoro) ed energia vincolata (non produce lavoro; è calore latente):

energia libera

L'energia vincolata è data dal prodotto dell'entropia S per la temperatura assoluta T. L'energia totale è l'entalpia H.

Indicando con G l'energia libera, si può pertanto scrivere:

libera energia

da cui:

energia libera

In realtà ciò che interessa è la variazione delle grandezze coinvolte e quindi la variazione dell'energia libera.

Definizione di energia libera

Per giungere alla definizione dell'energia libera partiamo dalle seguenti relazioni termodinamiche:

energia intena

formula entalpia

formula entropia

Nella prima equazione al posto di Q sostituiamo quello di Qrev ricavato dalla terza equazione (Qrev = ∆S · T):

energia interna

Dalla seconda equazione si ha inoltre che:

formula

Uguagliano le ultime due equazioni, si ha:

uguaglianza

cioè anche:

riarrangiata

Questa espressione, considerato che la temperatura è costante, può a sua volta scriversi:

formula

Fu W. Gibbs ad introdurre la funzione

energia libera

che è una funzione di stato perchè H, T, S sono funzioni o variabili di stato. La funzione di Gibbs viene indicata col nome di energia libera.

L'equazione

formula

può quindi anche scriversi

energia libera

espressione valida a P e T costanti.

Molto più importante è comunque il calcolo della variazione dell'energia libera.

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