Enegía Libre de Helmholtz

En la termodinámica química de las reacciones y en los procesos no cíclicos, existen cuatro cantidades útiles llamadas "potenciales termodinámicos". Estos son la energía interna, la entalpía, la energía libre de Helmholtz y la energía libre de Gibbs. La energía libre de Helmholtz se define por

La energía interna U, podría ser considerada como la energía necesaria para crear el sistema, en ausencia de cambios en la temperatura o el volumen. Pero si el sistema se crea en un ambiente de temperatura T, entonces parte de la energía se puede obtener mediante la transferencia espontánea de calor desde el medio ambiente al sistema. La cantidad de transferencia de energía espontánea es TS, donde S es la entropía final del sistema. En ese caso ya no hay que poner mas energía. Note que si se crea un estado final mas desordenado (mayor entropía), se requiere menos trabajo para crearlo. Así pues, la energía libre de Helmholtz es una medida de la cantidad de energía que tenemos que poner para crear un sistema, una vez que ya se ha efectuado la transferencia espontánea de energía del medio ambiente.

Los cuatro potenciales termodinámicos están relacionados entre sí, por medio de las compensaciones que representan los términos de la "energía del ambiente" TS y el "trabajo de expansión" PV. Un diagrama mnemotécnico propuesto por Schroeder, le puede ayudar a no perder de vista las relaciones entre los cuatro potenciales termodinámicos.

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Conceptos sobre Energía Interna

Referencia
Schroeder
Cap. 5
 
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Energía Libre de Gibbs

En la termodinámica química de las reacciones y en los procesos no cíclicos, existen cuatro cantidades útiles llamadas "potenciales termodinámicos". Estos son la energía interna, la entalpía, la energía libre de Helmholtz y la energía libre de Gibbs. La energía libre de Gibbs se define por

La energía interna U, podría ser considerada como la energía necesaria para crear el sistema, en ausencia de cambios en la temperatura o el volumen. Pero tal como se estudió en la definición de entalpía, se debe realizar una cantidad adicional de trabajo PV, si se crea el sistema desde un volumen muy pequeño, con objeto de "crear espacio" para el sistema. Tal como se estudió en la definición de energía libre de Helmholtz, el medio ambiente a una temperatura constante T, contribuirá al sistema con una cantidad TS, reduciendo de esta manera la inversión total necesaria para la creación del sistema. Esta contribución neta de energía al sistema, creado a temperatura ambiente T desde un volumen inicial despreciable, es la energía libre de Gibbs.

En una reacción, el cambio en la energía libre de Gibbs ΔG, es un parámetro muy útil. Se puede considerar que es la máxima cantidad de trabajo que se puede obtener de una reacción. Por ejemplo, en la oxidación de la glucosa, el cambio en la energía libre de Gibbs es ΔG = 686 kcal = 2870 kJ. Esta es la reacción principal de energía en las células vivas.

Ejemplo: Electrólisis del AguaEjemplo: Celda de Combustión de Hidrógeno
G como indicador de la espontaneidad de las reacciones químicas
Relaciones de G con los Potenciales de Electrodos Estándares
Tabla de Cambios de Energía Libre de Gibbs
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