Energia libera

In termodinamica, l'energia libera di un sistema � la quantità di lavoro macroscopico che il sistema può compiere sull'ambiente. Essa � funzione della temperatura, della pressione e della concentrazione della specie chimica considerata. L'energia libera di una specie chimica a concentrazione costante all'interno di un sistema a molti componenti � definita come il potenziale chimico di quella specie. Un processo comportante un incremento di energia libera si dice endoergonico, se vi � diminuzione si dice esoergonico.

L'energia libera può essere definita in due modi differenti, ottenendo due differenti funzioni: l'energia libera di Helmholtz e l'energia libera di Gibbs.

Quando un sistema di molecole subisce un cambiamento, ad esempio per una reazione chimica o per un cambio di fase, ci sono due grandezze che tendono ad avere due comportamenti opposti:

l'energia libera tende a decrescere;
l'entropia tende a crescere.

Se con E si indica l'energia, con T la temperatura e con S l'entropia, questi due comportamenti sono semplicemente scrivibili con la funzione di Helmholtz:

A = E - T S

Questa funzione, però, � valida solo a volume costante (ad esempio in un contenitore chiuso). Se ci si trova, invece, a pressione costante (ad esempio un contenitore aperto), l'entalpia H = E + P V (dove P � la pressione e V il volume) sostituisce l'energia, ottenendo così la quantità che deve essere minima, ovvero la funzione di Gibbs:

G = H - T S

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

La diminuzione di G implica l'impossibilità di trasformazioni energetiche sempre con rendimento 1 e quantifica la cosiddetta degradazione dell'energia. Stabilisce anche l'impossibilità di un moto perpetuo di seconda specie.

Generalmente, mentre i fisici tendevano ad indicare con F l'energia libera di Helmholtz e con G quella di Gibbs, i chimici adottano la convenzione di A e F rispettivamente. Recentemente si � adottata una convenzione comune: A per Helmholtz, G per Gibbs, o a volte anche F.