9.13: Definiendo las Energías Libres de Helmholtz y Gibbs

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La primera y segunda leyes de la termodinámica definen la energía y la entropía. La energía y la entropía son funciones fundamentales del estado que utilizamos para definir otras funciones estatales. En el Capítulo 8, utilizamos la función de energía para definir la entalpía. Utilizamos las funciones de energía y entropía para definir dos funciones de estado más que también demuestran tener propiedades útiles. Estas son las energías libres de Helmholtz y Gibbs. A la energía libre de Helmholtz se le suele dar el símbolo\(A\), y a la energía libre de Gibbs se le suele dar el símbolo\(G\). Los definimos por

\[ \begin{array}{c c} A=E-TS ~ & ~ \text{(Helmholtz free energy)} \end{array} \nonumber\]

\[ \begin{array}{c c} G=H-TS ~ & ~ \text{(Gibbs free energy)} \end{array} \nonumber\]

Tenga en cuenta que\(PV\)\(TS\)\(H\),\(A\),, y\(G\) todos tienen las unidades de energía,\(E\).

El sentido del nombre “energía libre” es que un proceso de temperatura constante en el que un sistema experimenta un aumento de entropía (\(\Delta S>0\)) es aquel en el que la capacidad del sistema para hacer trabajo en el entorno se incrementa en un incremento de energía\(T\Delta S\). Entonces,\(T\Delta S\) sumar a la energía interna perdida por el sistema se obtiene la cantidad de energía que el proceso realmente tiene disponible (energía que es “libre”) para hacer el trabajo en los alrededores. Cuando consideramos cómo\(\Delta A\) y\(\Delta G\) dependemos de las condiciones bajo las cuales cambia el sistema, encontramos que esta idea conduce a resultados útiles.

El resto de este capítulo desarrolla ecuaciones importantes para\(\Delta E\),,\(\Delta H\),\(\Delta S\)\(\Delta A\), y\(\Delta G\) ese resultado cuando requerimos que se produzca un cambio en el sistema bajo conjuntos particulares de condiciones.