martedì 31 luglio 2018

SU UOVA E MAIONESE AVREMMO DOVUTO CHIEDERE AL PROFESSOR GIBBS...

Il professor Josiah Willard Gibbs era un frutto un poco atipico dei suoi tempi, ingegnere, chimico, fisico, matematico ma sopratutto teorico. Nel secolo successivo lo si sarebbe definito un chimico fisico. anche se forse l'etichetta non gli sarebbe piaciuta.
Fattostà che il professor Gibbs nel 1882 pubblicò un articolone su una rivista piuttosto oscura (a bassissimo impact factor, si direbbe oggi), "Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences". E siccome era un'articolone di 300 pagine e spiccioli  fu pubblicato a puntate nell'arco di 3 (!) anni.
L'articolone si intitolava "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances", e dopo la chimica non fu più la stessa, senza esagerare.
L'energia definita da Gibbs (universalmente nota come energia libera di Gibbs) finì per ricollegare la termodinamica dei fisici a tutto ciò che era stato definito da un secolo di chimica, dalle leggi dei gas all'azione di massa fino all'equilibrio, definendo la termodinamica chimica (largamente sovrapponibile a quel che si intende oggi per chimica fisica ) come un dominio specifico, per quante basi condividesse con la fisica.
L'energia libera di Gibbs, G, uguale a H-TS (dove H è l'entalpia - il calore - T la temperatura in gradi Kelvin e S l'entropia) ci dice quali trasfomazioni chimiche e chimico fisiche possono avvenire in determinate condizioni, ovvero solo quelle che portano a valori di G più bassi.
ΔG=0, per un sistema in condizioni di equilibrio (chimico), e la costante di equilibrio (il rapporto tra prodotto delle concentrazioni dei prodotti di reazione e quello dei reagenti) è funzione della differenza tra G dei prodotti e G dei reagenti. Tramite la costante di equilibrio G è collegata alle costanti cinetiche, ed essendo espressione di potenziale chimico è direttamente correlata al potenziale elettrochimico (e quindi ricavabile dalla misura del potenziale elettrico all'elettrodo di una cella elettrochimica).

A differenza dell'entropia, l'energia libera di Gibbs non è entrata nella cultura pop. Troppo poco semplificabile, troppo poco legata a concetti comuni e facilmente identificabili.
Ma, ricollegandoci al post di ieri (http://ilchimicoscettico.blogspot.com/2018/07/entropia-uova-impasti-e-maionese.html) è quella che governa i processi, le trasformazioni. Facciamo un esempio terra terra. Prendiamo una soluzione satura di sale da cucina a 100°C e facciamola raffreddare. Lentamente si formeranno cristalli di cloruro sodio. Raffreddando il sistema passa da una situazione ad alto disordine (acqua salata) ad una a disordine più basso (acqua salata + sale, con parziale separazione dei componenti).  Ma si tratta del minimo dell'energia libera di Gibbs per quel sistema a quella temperatura. Ed è quello che conta.
(P.S.: ovviamente non si tratta di un sistema isolato, il flusso di calore verso l'esterno c'è, ma è meno banale di quel che può apparire, perché al raffreddamento del sistema si sovrappongono la nucleazione - endotermica, ovvero che assorbe calore - e la crescita dei cristalli che invece è esotermica ovvero rilascia calore, nel caso di NaCl).

https://en.wikipedia.org/wiki/Josiah_Willard_Gibbs


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