Hvad er Gibbs fri energi?

Mest sandsynligt bevægede de første kemiske reaktioner, du studerede i skolen, i en retning; for eksempel eddike hældes i bagepulver for at skabe en "vulkan". I virkeligheden skal de fleste reaktioner illustreres med en pil, der peger i hver retning, hvilket betyder, at reaktionen kan gå begge veje. At fastslå Gibbs frie energi i et system giver en måde at afgøre, om den ene pil er meget større end den anden; dvs. går reaktionen næsten altid i en retning, eller er de begge tæt på samme størrelse? I sidstnævnte tilfælde er reaktionen lige så sandsynlig at gå den ene vej som den anden. De tre kritiske faktorer ved beregning af Gibbs fri energi er entalpi, entropi og temperatur.

Enthalpy er et mål for, hvor meget energi der er indeholdt i et system. En primær komponent i entalpi er intern energi eller energien fra tilfældig bevægelse af molekyler. Enthalpi er hverken den potentielle energi af molekylære bindinger eller den kinetiske energi i et bevægende system. Molekylerne i et fast stof bevæger sig meget mindre end en gas, så det faste stof har mindre entalpi. De andre faktorer ved beregning af entalpi er systemets tryk og volumen, som er vigtigst i et gassystem. Enthalphy ændres, når du arbejder på et system, eller hvis du tilføjer eller trækker varme og / eller stof.

Du kan tænke på entropi som et mål for et systems termiske energi eller som et mål for systemets forstyrrelse. For at se, hvordan de to hænger sammen, skal du tænke på et glas vand, der fryser. Når du tager varmeenergi væk fra vandet, bliver molekylerne, der bevægede sig frit og tilfældigt, låst i en fast og meget ordnet iskrystal. I dette tilfælde var ændringen i entropi for systemet negativ; det blev mindre uordnet. På universets niveau stiger entropien altid.

Enthalpi og entropi påvirkes af temperaturen. Hvis du tilføjer varme til systemet, vil du øge både entropi og entalpi. Temperatur er også inkluderet som en uafhængig faktor ved beregning af Gibbs fri energi. Du beregner ændringen i Gibbs frie energi ved at gange temperaturen med ændringen i entropi og trække produktet fra ændringen i entalpi for systemet. Fra dette kan du se, at temperaturen kan ændre Gibbs frie energi dramatisk.

At være i stand til at beregne Gibbs fri energi er vigtig, fordi du kan bruge den til at bestemme, hvor sandsynligt en reaktion er. Negativ entalpi og positiv entropi favoriserer en reaktion fremover. Positiv entalpi og negativ entropi favoriserer ikke en reaktion fremadrettet; disse reaktioner vil gå i omvendt retning uanset temperatur. Når en faktor favoriserer reaktionen, og den anden ikke, bestemmer temperaturen, hvilken retning reaktionen vil gå. Hvis ændringen i Gibbs fri energi er negativ, vil reaktionen gå fremad; hvis det er positivt, går det omvendt. Når det er nul, er reaktionen i ligevægt.