Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas

Documento de Josiah Willard Gibbs

Termodinámica
El motor térmico clásico de Carnot
Sucursales Clásico Estadístico Químico Termodinámica cuántica Equilibrio  / No equilibrio
Leyes Zeroth Primero Segundo Tercera
Sistemas Sistema cerrado Sistema aislado Expresar Ecuación de estado Gas ideal Gas real Estado de la materia Fase (materia) Equilibrio Control de volumen Instrumentos Procesos Isobárico Isocórico Isotermo Adiabático Isentrópico Isenthalpic Cuasiestático Politrópico Expansión libre Reversibilidad Irreversibilidad Endoreversibilidad Ciclos Motores térmicos Bombas de calor Eficiencia térmica
Propiedades del sistema Nota: Variables conjugadas en cursiva Diagramas de propiedades Propiedades intensivas y extensas Funciones de proceso Trabaja Calor Funciones del estado Temperatura  / Entropía  ( introducción ) Presión  / Volumen Potencial químico  / Número de partículas Calidad de vapor Propiedades reducidas
Propiedades materiales Bases de datos de propiedades Capacidad calorífica específica  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Compresibilidad  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Expansión térmica  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Ecuaciones Teorema de carnot Teorema de clausius Relación fundamental Ley de los gases ideales Relaciones de Maxwell Onsager relaciones recíprocas Ecuaciones de Bridgman Tabla de ecuaciones termodinámicas
Potenciales Energía gratis Entropía libre Energía interna ${\displaystyle U(S,V)}$ Entalpía ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Energía libre de Helmholtz ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Energía libre de Gibbs ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
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Otro Nucleación Autoensamblaje Autoorganización Orden y desorden
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En la historia de la termodinámica , Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas es un artículo de 300 páginas escrito por el físico químico estadounidense Willard Gibbs . Es uno de los artículos fundadores de la termodinámica , junto con el artículo de 1882 del físico alemán Hermann von Helmholtz " Thermodynamik chemischer Vorgänge " . Juntos forman la base de la termodinámica química , así como una gran parte de la química física . ^{[1] [2]}

El equilibrio de Gibbs marcó el comienzo de la termodinámica química al integrar fenómenos químicos , físicos, eléctricos y electromagnéticos en un sistema coherente. Introdujo conceptos como potencial químico , regla de fase y otros, que forman la base de la química física moderna. El escritor estadounidense Bill Bryson describe el artículo Equilibrium de Gibbs como "los Principia de la termodinámica ". ^[3]

On the Equilibrium of Heterogeneous Substances , se publicó originalmente en una revista estadounidense relativamente oscura, Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences , en varias partes, durante los años 1875 a 1878 (aunque la mayoría cita "1876" como el año clave) . ^{[4] [5]} Permaneció en gran parte desconocido hasta que fue traducido al alemán por Wilhelm Ostwald y al francés por Henry Louis Le Châtelier .

Resumen

Gibbs contribuyó por primera vez a la física matemática con dos artículos publicados en 1873 en Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences sobre " Métodos gráficos en la termodinámica de fluidos " y "Método de representación geométrica de las propiedades termodinámicas de sustancias por medio de superficies". . " Su publicación posterior y más importante fue "Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas" (en dos partes, 1876 y 1878). En este tratado monumental, densamente tejido, de 300 páginas, la primera ley de la termodinámica , la segunda ley de la termodinámica , la relación termodinámica fundamental, se aplican a la predicación y cuantificación de tendencias de reacción termodinámica en cualquier sistema termodinámico en un lenguaje gráfico visual, tridimensional de cálculo lagrangiano y transiciones de fase , entre otros. ^{[6] [7]} Como afirmó Henri Louis Le Chatelier , "fundó un nuevo departamento de ciencia química que se está volviendo comparable en importancia al creado por Lavoisier ". Este trabajo fue traducido al alemán por W. Ostwald (quien llamó a su autor el "fundador de la energía química ") en 1891 y al francés por H. le Chatelier en 1899. ^[8]

El artículo "Equilibrium" de Gibbs se considera uno de los mayores logros de la ciencia física en el siglo XIX y uno de los fundamentos de la ciencia de la química física . ^[2] En estos artículos, Gibbs aplicó la termodinámica a la interpretación de los fenómenos fisicoquímicos y mostró la explicación y la interrelación de lo que se había conocido sólo como hechos aislados e inexplicables.

Los artículos de Gibbs sobre equilibrios heterogéneos incluyeron:

• Algunos conceptos de potencial químico
• Algunos conceptos de energía libre
• Un ideal de conjunto de Gibbs (base del campo de la mecánica estadística )
• Una regla de fase

Sección de apertura

Die Energie der Welt ist konstant.

(La energía del mundo es constante).

Die Entropie der Welt strebt einem Maximum zu.

(La entropía del mundo tiende al máximo)

Clausius ^[9]

La comprensión de las leyes que gobiernan cualquier sistema material se facilita enormemente considerando la energía y la entropía del sistema en los diversos estados de los que es capaz. Como la diferencia de los valores de la energía para dos estados cualesquiera representa la cantidad combinada de trabajo y calor recibido o producido por el sistema cuando se lleva de un estado a otro, y la diferencia de entropía es el límite de todos los valores posibles. de la integral:

${\displaystyle \int {\frac {\delta Q}{T}}}$

donde dQ denota el elemento de calor recibido de fuentes externas, y T es la temperatura de la parte del sistema que lo recibe, los valores variables de energía y entropía caracterizan en todo lo que es esencial el efecto producible por el sistema al pasar de uno estado a otro. Pues mediante artilugios mecánicos y termodinámicos, supuestamente perfectos teóricamente, cualquier suministro de trabajo y calor puede transformarse en cualquier otro que no difiera de él ni en la cantidad de trabajo y calor tomados juntos ni en el valor de la integral:

${\displaystyle \int {\frac {\delta Q}{T}}}$

Pero no es sólo con respecto a las relaciones externas de un sistema que su energía y entropía tienen una importancia predominante. Como en el caso de los sistemas mecánicos simples, como los que se discuten en la mecánica teórica, que son capaces de un solo tipo de acción sobre sistemas externos, a saber, la realización de trabajo mecánico, la función que expresa la capacidad del sistema de este tipo de La acción también juega el papel principal en la teoría del equilibrio, la condición de equilibrio es que la variación de esta función desaparecerá, por lo que en un sistema termodinámico, como lo son todos los sistemas materiales, que es capaz de dos tipos diferentes de acción sobre el exterior. sistemas, las dos funciones que expresan las capacidades dobles del sistema proporcionan un criterio de equilibrio casi igualmente simple.

Referencias

1. Ott, Bevan J .; Boerio-Goates, Juliana (2000). Termodinámica química: principios y aplicaciones . Prensa académica . ISBN 0-12-530990-2.
2. Servos, John W. (1990). Química física de Ostwald a Pauling . Prensa de la Universidad de Princeton . ISBN 0-691-08566-8.
3. Bryson, Bill (2003). Una breve historia de casi todo . Libros de Broadway . pp.  116 -117, 121. ISBN 0-7679-0818-X.
4. Gibbs, J. Willard (octubre de 1875 - mayo de 1876). "Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas" . Transacciones de la Academia de Artes y Ciencias de Connecticut . 3 : 108–248.
5. Gibbs, J. Willard (mayo de 1877 - julio de 1878). "Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas" . Transacciones de la Academia de Artes y Ciencias de Connecticut . 3 : 343–524.
6. Gibbs, J. Willard (1993). Los artículos científicos de J. Willard Gibbs - Volumen uno . Prensa de proa de buey . ISBN 0-918024-77-3.
7. Gibbs, J. Willard (1994). Los artículos científicos de J. Willard Gibbs - Volumen dos . Prensa de proa de buey . ISBN 1-881987-06-X.
8. "Josiah Willard Gibbs" . Encyclopædia Britannica . 1911.
9. Clausius, Rudolf (2010). La teoría mecánica del calor, con sus aplicaciones a la máquina de vapor y a las propiedades físicas de los cuerpos . Traducido por Thomas Archer Hirst . Prensa de Nabu . ISBN 9781145037656.

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