Energia Livre de Gibbs (ΔG)

Energia livre de Gibbs: ΔG = ΔH − T·ΔS

A variação de energia livre de Gibbs mostra se uma reação acontece sozinha a pressão e temperatura constantes: ΔG = ΔH − T·ΔS. Aqui ΔH é a variação de entalpia (kJ/mol), T a temperatura absoluta (K) e ΔS a variação de entropia (J/mol·K). O critério de espontaneidade é direto: ΔG < 0 espontânea, ΔG = 0 equilíbrio, ΔG > 0 não-espontânea. Como a temperatura multiplica o termo de entropia, o sinal pode mudar conforme T varia. O gelo derrete acima de 273 K justamente porque T·ΔS cresce o bastante para superar ΔH. A constante de equilíbrio entra pela relação ΔG° = −RT·ln K e, na eletroquímica, vale ΔG = −nFE (F = constante de Faraday). Exemplo: ΔH = −100 kJ/mol, T = 298 K, ΔS = 50 J/mol·K → ΔG = −100 − 298·0,050 = −114,9 kJ/mol, ou seja, espontânea.

Aplicações: eletroquímica, bioquímica e refrigeração

ΔG permite avaliar reações químicas antes de pôr a mão no experimento. Também governa a eletroquímica: pilhas galvânicas liberam um ΔG < 0 na forma de tensão, enquanto a eletrólise força uma reação de ΔG > 0 com energia externa. Na bioquímica, explica por que a hidrólise ATP → ADP, liberando cerca de −30,5 kJ/mol, move o maquinário celular da vida. E está por trás dos ciclos de refrigeração, em que se gasta trabalho indo contra o sentido natural de ΔG.

Perguntas frequentes

Reação endotérmica pode ser espontânea? Sim, desde que ΔS seja positiva e T alta o suficiente para T·ΔS > ΔH. A dissolução de nitrato de amônio em água é o caso clássico.

O que significa ΔG = 0? A reação chegou ao equilíbrio. As taxas direta e inversa se igualam, então a composição líquida para de mudar.

Por que usar temperatura absoluta? A entropia é definida na escala absoluta (Kelvin), então usar °C resultaria em sinais errados perto de 0 °C.

Como ΔG se relaciona com a constante de equilíbrio K? Pela relação ΔG° = −RT·ln K. Quando K > 1, tem-se ΔG° < 0 (produtos favorecidos); quando K < 1, tem-se ΔG° > 0 (reagentes favorecidos).