Énergie libre de Gibbs. Concept d'énergie libre de Gibbs

Dans la vie de tous les jours et dans les laboratoires, il y a des réactions et des transformations qui sont spontanées et d'autres qui ne le sont pas. Par exemple, toute combustion est une réaction spontanée, car une fois démarrée, elle se poursuivra jusqu'à ce que tout le carburant soit consommé ou jusqu'à ce que tout l'oxygène soit parti.

D'autre part, l'électrolyse est un processus non spontané, dans lequel l'énergie électrique est transformée en énergie chimique. Un exemple est l'électrolyse du chlorure de sodium (NaCl). Lorsqu'un courant électrique est passé sur ce sel fondu, il y a des réactions d'oxydoréduction et la formation de sodium métallique (Na(s)) et le chlore gazeux (Cl2(g)). Si nous arrêtons de faire circuler le courant électrique, la réaction ne se poursuivra pas d'elle-même, ce qui montre qu'elle n'est pas spontanée.

La spontanéité d'une réaction peut être mesurée à l'aide de la Équation de Gibbs-Helmholtz, donnée ci-après:

Équation de Gibbs-Helmholtz pour déterminer la spontanéité d'une réaction

Sur quoi:

∆G = variation d'énergie libre ;
∆H = changement d'enthalpie ;
T = température en Kelvin (toujours positif) ;
∆S = changement d'entropie.

Cette équation est ainsi nommée car elle a été proposée par le physicien américain J. Willard Gibbs (1839-1903) et par le physicien allemand Hermann Helmholtz (1821-1894).

Pour mieux comprendre comment cette équation nous aide à déterminer la spontanéité d'une réaction, passons brièvement en revue chacun des concepts qui la composent :

  • H (variation d'enthalpie) : L'enthalpie (H) est le contenu énergétique d'une substance. Jusqu'à présent, aucun moyen de le déterminer n'est connu. En pratique, il s'agit de mesurer la variation d'enthalpie (∆H) d'un procédé, à l'aide de calorimètres. Cette variation correspond au montant de énergie qui a été libérée ou absorbée dans le processus.
  • S (variation d'entropie) :L'entropie (S) est la quantité thermodynamique qui mesure le degré de désordre dans un système.

Par exemple, lors de la fonte de la glace, les molécules passent d'un état solide à un état liquide, où il y a une plus grande désorganisation. Cela signifie que dans ce processus, l'entropie a augmenté (∆S > 0).

Ne vous arrêtez pas maintenant... Y'a plus après la pub ;)

Dans la production d'ammoniac (NH3), 1 mol d'azote gazeux réagit avec 3 mol d'hydrogène gazeux (c'est-à-dire 4 mol de molécules dans les réactifs), donnant 2 mol d'ammoniac :

N2(g) +3H2(g) → 2 NH3(g)

Comme le nombre de molécules en phase gazeuse diminue dans ce processus, la désorganisation diminue, ce qui signifie que l'entropie diminue également (∆S< 0).

  • G (Énergie libre) : Énergie gratuite ou L'énergie gratuite de Gibbs (parce qu'il n'a été proposé que par ce scientifique en 1878) est l'énergie utile du système qui est utilisé pour faire le travail.

Un système a une énergie globale, mais seule une fraction de cette énergie sera utilisée pour effectuer un travail, c'est ce qu'on appelle l'énergie libre de Gibbs, symbolisée par g.

Selon Gibbs, un processus est considéré comme spontané s'il effectue un travail, c'est-à-dire si G diminue. Dans ce cas, l'état final de la transformation sera plus stable que l'état initial lorsque ∆G < 0.

Sur cette base, nous pouvons conclure ce qui suit :

L'énergie libre de Gibbs montre la spontanéité d'un système

Nous pouvons également voir si un processus sera spontané en regardant le signe algébrique de ∆H et ∆S dans l'équation de Gibbs-Helmholtz :

Valeurs et combinaisons possibles de l'énergie de Gibbs


Par Jennifer Fogaça
Diplômé en Chimie

Souhaitez-vous référencer ce texte dans un travail scolaire ou académique? Voir:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. « L'énergie libre de Gibbs »; École du Brésil. Disponible en: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm. Consulté le 28 juin 2021.

Calcul de la constante d'équilibre Kc. constante d'équilibre

Calcul de la constante d'équilibre Kc. constante d'équilibre

Les réactions réversibles commencent généralement avec une certaine quantité de réactifs. Au débu...

read more
Équilibre chimique dans Enem

Équilibre chimique dans Enem

Questions sur bilans chimiques dans Enem sont très récurrents. Dans cet esprit, nous avons créé c...

read more
Masse molaire et nombre de mole

Masse molaire et nombre de mole

Avant d'introduire le concept de masse molaire et nombre de mole, examinons quelques définitions ...

read more