En thermodynamique, l'énergie libre de Gibbs est également connue sous le nom d'enthalpie libre, qui est un potentiel thermodynamique qui peut être utilisé pour calculer le travail réversible maximal qu'un système thermodynamique peut effectuer à température et pression constantes (isotherme, isobare).
Tout comme en mécanique, où la réduction d'énergie potentielle est définie comme le travail maximum qui peut être fait, différents potentiels ont des significations différentes. La chute d'énergie libre de Gibbs (Joules en unités internationales) est la quantité maximale de travail de non-expansion qui peut être extraite d'un système thermodynamique fermé; ce maximum ne peut être atteint que dans un processus totalement réversible.
Lorsqu'un système change de manière réversible de son état initial à son état final, la réduction de l'énergie libre de Gibbs équivaut au travail effectué par le système sur son environnement, réduit par le travail de la force de pression.
L'énergie libre de Gibbs est notée G et exprimée dans l'équation G = H - TS.
Équation de Gibbs Helmholtz:
ΔG = ΔH - TΔS
Cette équation est très utile pour prédire la spontanéité d'un processus.
(i) Si ∆G est négatif, le processus est spontané
(ii) Si ∆G est positif, le processus n'est pas spontané
(iii) S'il est égal à zéro, le processus est en équilibre
(Lire aussi: Apprendre à connaître la loi de Boyle)
L'énergie libre de Gibbs, à l'origine appelée énergie disponible, a été développée en 1870 par le scientifique américain Josiah Willard Gibbs. En 1873, Gibbs a décrit cette «énergie disponible» comme suit:
"La plus grande quantité de travail mécanique qui peut être obtenue à partir d'une substance à une certaine quantité dans un état initial donné, sans augmenter le volume volumique ou permettre à la chaleur de circuler vers ou de l'extérieur de l'objet, sauf comme dans les processus de fermeture restant dans leur état initial."
L'état initial de l'objet, selon Gibbs, devrait être tel que "les objets puissent être amenés à passer de l'état libéré d'énergie au moyen d'un processus réversible".
Énergie libre et équilibre de Gibbs
Δ r GƟ = Δ r HƟ - TΔ r SƟ = −2,303RTlogK
Où:
K est la constante d'équilibre
R est la constante du gaz
T est la température
Pour une réaction endothermique forte, la valeur de Δ r HƟ est grande et positive. Pour cette valeur, la réaction K sera bien inférieure à 1 et la réaction formera un produit.
Pour une réaction endothermique forte, la valeur de Δ r HƟ est grande et négative. Pour une telle réaction, la valeur K serait supérieure à 1.
