První chemické reakce, které jste studovali ve škole, se s největší pravděpodobností pohybovaly jedním směrem; například ocet nalitý do jedlé sody na výrobu „sopky“. Ve skutečnosti by většina reakcí měla být ilustrována šipkou směřující v každém směru, což znamená, že reakce může jít oběma směry. Zjištění Gibbsovy volné energie systému nabízí způsob, jak určit, zda je jedna šipka mnohem větší než druhá; tj. probíhá reakce téměř vždy jedním směrem, nebo jsou oba blízko stejné velikosti? V druhém případě je reakce stejně pravděpodobná, že půjde jednou cestou jako druhou. Tři kritické faktory pro výpočet Gibbsovy volné energie jsou entalpie, entropie a teplota.
Entalpie
Entalpie je měřítkem množství energie obsažené v systému. Primární složkou entalpie je vnitřní energie nebo energie z náhodného pohybu molekul. Entalpie není ani potenciální energií molekulárních vazeb, ani kinetickou energií pohybujícího se systému. Molekuly v pevné látce se pohybují mnohem méně než molekuly plynu, takže pevná látka má menší entalpii. Dalšími faktory při výpočtu entalpie jsou tlak a objem systému, které jsou v plynovém systému nejdůležitější. Entalphy se mění, když pracujete na systému, nebo pokud přidáváte nebo odečítáte teplo a / nebo hmotu.
Entropie
Entropii si můžete představit jako míru tepelné energie systému nebo jako míru poruchy systému. Chcete-li zjistit, jak spolu souvisí, přemýšlejte o sklenici vody, která zmrzne. Když odeberete tepelnou energii z vody, molekuly, které se volně a náhodně pohybovaly, se zablokují v pevném a velmi uspořádaném ledovém krystalu. V tomto případě byla změna entropie pro systém negativní; to se stalo méně neuspořádaným. Na úrovni vesmíru se entropie stále zvyšuje.
Vztah k teplotě
Entalpie a entropie jsou ovlivňovány teplotou. Pokud do systému přidáte teplo, zvýšíte entropii i entalpii. Teplota je také zahrnuta jako nezávislý faktor při výpočtu Gibbsovy volné energie. Změnu Gibbsovy volné energie vypočítáte vynásobením teploty změnou entropie a odečtením produktu od změny entalpie pro systém. Z toho můžete vidět, že teplota může dramaticky změnit Gibbsovu volnou energii.
Relevance v chemických reakcích
Schopnost vypočítat Gibbsovu volnou energii je důležitá, protože ji můžete použít k určení pravděpodobnosti reakce. Negativní entalpie a pozitivní entropie upřednostňují reakci do budoucna. Pozitivní entalpie a negativní entropie neupřednostňují reakci do budoucna; tyto reakce budou probíhat v opačném směru, bez ohledu na teplotu. Když jeden faktor zvýhodňuje reakci a druhý ne, teplota určuje, kterým směrem se bude reakce ubírat. Pokud je změna Gibbsovy volné energie záporná, reakce bude pokračovat; pokud je kladná, půjde opačně. Když je nula, reakce je v rovnováze.
