Energía y estabilidad libres:
* más bajo energía libre =mayor estabilidad: Un sistema con menor energía libre es más estable. Esto significa que es menos probable que cambie o reaccione espontáneamente. Piense en una roca en la parte inferior de una colina:tiene una energía potencial más baja y es más estable que una roca encaramada en la parte superior.
* Los procesos espontáneos disminuyen la energía libre: Los procesos que ocurren espontáneamente (sin entrada externa) siempre dan como resultado una disminución en la energía libre del sistema. Este es un principio fundamental de la termodinámica.
* Equilibrio: Un sistema está en equilibrio cuando su energía libre es mínima. Esto significa que el sistema está en su estado más estable y no se someterá a un cambio espontáneo adicional.
Capacidad libre de energía y trabajo:
* La energía libre representa la cantidad máxima de trabajo que puede hacer un sistema: El cambio en la energía libre (ΔG) representa la cantidad de energía disponible para hacer un trabajo útil.
* negativo ΔG =el trabajo es realizado por el sistema: Si ΔG es negativo, el sistema libera energía libre y puede realizar el trabajo en su entorno. Este es un proceso exergónico. Ejemplos:
* Respiración celular:la descomposición de la glucosa libera energía libre, que se usa para sintetizar ATP (trifosfato de adenosina), la moneda energética de las células.
* Combustión de combustible:la quema de combustibles libera energía libre para producir motores de calor y conducción.
* positivo ΔG =se requiere trabajo para el proceso: Si ΔG es positivo, el sistema requiere que continúe la entrada de energía. Este es un proceso endergónico. Ejemplos:
* Síntesis de proteínas:las células necesitan invertir energía libre para crear nuevas proteínas a partir de aminoácidos.
* Fotosíntesis:las plantas requieren energía de la luz solar para convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa.
Conceptos clave:
* entalpía (h): La energía total de un sistema, incluido el trabajo de energía interna y volumen de presión.
* entropía (s): Una medida de desorden o aleatoriedad en un sistema.
* Temperatura (t): Una medida de la energía cinética promedio de las partículas en un sistema.
La relación:
La ecuación de energía libre de Gibbs relaciona estos conceptos:
ΔG =ΔH - TΔS
* ΔH es el cambio en la entalpía.
* ΔS es el cambio en la entropía.
* t es la temperatura en Kelvin.
En resumen:
La energía libre es un concepto fundamental en termodinámica que conecta la estabilidad y la capacidad laboral. Al comprender la relación entre la energía libre y estos conceptos, podemos predecir la dirección de los procesos espontáneos y analizar los requisitos de energía para diversas reacciones y procesos en sistemas biológicos.
