Energia libera

Intermodinamica,l'energia liberadi unsistemaè la quantità dilavoromacroscopicoche il sistema può compiere sull'ambiente. Essa è funzione dellatemperatura,dellapressionee dellaconcentrazionedellaspecie chimicaconsiderata.

L'energia libera parziale molaredi una specie chimica a temperatura (T), pressione (p) e composizione costanti all'interno di un sistema a molti componenti è dettopotenziale chimicodi quella specie.

Descrizione

Secondo laIUPACun processo che comporta un incremento di energia libera si diceendoergonico o endotermico,se implica diminuzione si diceesoergonico o esotermico.

L'energia libera può essere definita in due modi differenti, ottenendo due differentifunzioni di statotermodinamiche: l'energia libera di Helmholtze l'energia libera di Gibbs.

Quando un sistema di entità chimiche (molecole, ioni, radicali) subisce un cambiamento, ad esempio per unareazione chimicao per unatransizione di fase,ci sono due grandezze che tendono ad avere due comportamenti opposti:

• l'energia libera tende adecrescereraggiungendo un minimo (stato di equilibrio);
• l'entropiatende acrescere.

Se conUsi indica l'energia interna,conTla temperatura e conSl'entropia, questi due comportamenti sono semplicemente scrivibili con lafunzione di Helmholtz:

$A=U-TS$

Questa funzione di stato, però, è utilizzabile solo avolumecostante (ad esempio in un contenitore chiuso). Se ci si trova, invece, apressionecostante (ad esempio un contenitore aperto, come avviene normalmente in natura), l'entalpiaH=U+pV(dovepè la pressione eVil volume) va sostituita all'energia interna U, ottenendo così la quantità che deve essere minima, ovvero lafunzione di stato di Gibbs:

$G=H-TS$

In termini matematici, H è latrasformata di LegendreḶ(U,V) dell'energia interna U rispetto al volume V.

In unsistema isolato,l'energia libera non può aumentare: rimane costante solo in caso di trasformazioni reversibili, negli altri casi diminuisce.

La diminuzione diGimplica l'impossibilità di trasformazioni energetiche con rendimento unitario e quantifica la cosiddettadegradazione dell'energia.Stabilisce anche l'impossibilità di unmoto perpetuodi seconda specie.In una reazione chimica o una trasformazione di stato la sua diminuzione è indice della spontaneità del processo a T e p costanti.

In termini matematici A è latrasformata di LegendreḶ(U,S) dell'energia interna U rispetto all'entropia S, mentre G è la trasformata di Legendre Ḷ(U,S,V) dell'energia interna U rispetto all'entropia S ed al volume V.

Bibliografia

• Paolo Silvestroni,Fondamenti di chimica,10ª ed., CEA, 1996,ISBN88-408-0998-8.

Voci correlate

• Energia interna
• Entalpia
• Energia libera di Helmholtz
• Energia libera di Gibbs
• Potenziale chimico
• Funzione di stato
• Exergia
• Reazione endergonica

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Collegamenti esterni

• (EN)free energy,suEnciclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc.