Química

Función de Gibbs

Publicado por Mónica González

Notable físico y matemático americano, Josiah Willard Gibbs contribuyó enormemente en el desarrollo de estudios teóricos sobre termodinámica, estableciendo en bases científicas las nociones al respecto del comportamiento de los fluidos y de la transferencia de calor, estableciendo la conexión de la termodinámica con la química y sentando las bases definitivas de la físico-química.

Introduciendo en la Termodinámica un nuevo parámetro, representado por variables extensivas tales como energía interna y entropía para caracterización de los estados de equilibrio de un sistema, concibió el encuadre por esas variables de un espacio afín, conocido como espacio de Gibbs.

Se le deben además, el establecimiento de la relación existente entre las variables intensivas que caracterizan un sistema representado por una ecuación diferencial y las fórmulas que permiten determinar el valor de la afinidad química en las reacciones isotérmicas o en las isobáricas.

Es autor también de toda una nueva teoría para el tratamiento gráfico de problemas, fundó una nueva área de la Química, además de publicar algunos artículos en el área de la teoría electromagnética y contribuir también con un libro sobre Mecánica Estadística.

La primera contribución científica de Gibas solo surgió luego de sus 34 años, y demuestra su conocimiento único en termodinámica.

Regla de las Fases de Gibbs

Esta regla establece relaciones entre el número de fases, componentes, factores internos y externos del sistema en equilibrio y permite comprobar si el trazado de los diagramas de equilibrio está bien realizado.

El sistema es el conjunto de fases en equilibrio en el cual puede ser: simple (Pb o Sb puros, separados); complejo (enlace Pb + Sb)

A) Homogéneo: (Pb + Sb, líquidos).

B) Heterogéneo (Pb y Sb, en estado sólido).

El componente (C) es la parte independiente integrante del sistema, en forma de elemento o compuesto químico, por ejemplo: PB y Sb; Fe y Fe3C. El número de componentes se identifica por la letra (C).

La fase (P) es la parte homogénea del sistema, separada de las otras partes (en sistemas complejos) por una superficie de separación (interfase). Las fases pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas. En enlaces las fases son constituidas por componentes puros, soluciones sólidas o líquidas, además de compuestos químicos. El número de fases se desgina por (P). El número de grados de libertad (F) es el número de factores de equilibrio que pueden variar dentro de determinados límites, sin cambiar el número de fases.

Los factores de equilibrio son:

I) Concentración de componentes en las fases (factor interno)

II) Temperatura y presión (factores externos)

Cuando se trata de enlaces metálicos, se excluye la presión y entonces resta solo un factor externo, la temperatura.

La regla de las fases para enlaces metálicos puede ser expresada por F = C + 1 – P.

Como el valor de (F) no puede ser negativo, conviene que el número de fases se determine por P = C + 1, o sea, en un sistema binario (K = 2 componentes) el número de fases no puede ser mayor que 3.

Ejemplo: Podemos ver lo que ocurre en el punto eutético.

Hay tres fases: La fase líquida; Pb y Sb. Y el número de grados de libertad es nulo (equilibrio invariable):

F = 2 + 1 – 3 = 0, o sea, el equilibrio de las tres fases se verifica a una temperatura dada.

Entre sólidos y líquidos

Hay dos fases presentes: líquido y cristales

hipoeutético – Pb

hipereutético – Sb

F = 2 + 1 – 2 = 1

C + 1 – P = grados de libertad

Esto determina la presencia de un grado de libertad (equilibrio monovariante)

Por encima de la linea líquidos

F = 2 + 1 – 1 Solo hay una fase: líquida

F = 2 grados de libertad

Así puede variar la temperatura y la concentración del enlace, manteniendose el estado monofásico.

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