Was ist Gibbs Freie Energie?

Höchstwahrscheinlich gingen die ersten chemischen Reaktionen, die Sie in der Schule studiert haben, in eine Richtung; zum Beispiel Essig, der in Backpulver gegossen wird, um einen "Vulkan" herzustellen. In Wirklichkeit sollten die meisten Reaktionen mit einem in jede Richtung zeigenden Pfeil dargestellt werden, was bedeutet, dass die Reaktion in beide Richtungen verlaufen könnte. Die Bestimmung der freien Gibbs-Energie eines Systems bietet eine Möglichkeit zu bestimmen, ob ein Pfeil viel größer ist als der andere; d.h. läuft die Reaktion fast immer in eine Richtung oder sind beide annähernd gleich groß? Im letzteren Fall wird die Reaktion genauso wahrscheinlich in die eine Richtung gehen wie in die andere. Die drei kritischen Faktoren bei der Berechnung der freien Gibbs-Energie sind Enthalpie, Entropie und Temperatur.

Die Enthalpie ist ein Maß dafür, wie viel Energie in einem System enthalten ist. Ein Hauptbestandteil der Enthalpie ist die innere Energie oder die Energie aus der zufälligen Bewegung von Molekülen. Enthalpie ist weder die potentielle Energie von Molekülbindungen noch die kinetische Energie eines bewegten Systems. Die Moleküle in einem Festkörper bewegen sich viel weniger als die eines Gases, daher hat der Festkörper weniger Enthalpie. Die anderen Faktoren bei der Berechnung der Enthalpie sind der Druck und das Volumen des Systems, die in einem Gassystem am wichtigsten sind. Die Enthalphie wird geändert, wenn Sie an einem System arbeiten oder wenn Sie Wärme und/oder Materie hinzufügen oder abziehen.

Sie können sich die Entropie als Maß für die thermische Energie eines Systems oder als Maß für die Unordnung des Systems vorstellen. Um zu sehen, wie die beiden zusammenhängen, denken Sie an ein Glas Wasser, das gefriert. Wenn Sie dem Wasser Wärmeenergie entziehen, werden die Moleküle, die sich frei und zufällig bewegten, in einem festen und sehr geordneten Eiskristall eingeschlossen. In diesem Fall war die Entropieänderung des Systems negativ; es wurde weniger unordentlich. Auf der Ebene des Universums nimmt die Entropie ständig zu.

Enthalpie und Entropie werden von der Temperatur beeinflusst. Wenn Sie dem System Wärme hinzufügen, erhöhen Sie sowohl die Entropie als auch die Enthalpie. Die Temperatur wird auch als unabhängiger Faktor bei der Berechnung der freien Gibbs-Energie berücksichtigt. Sie berechnen die Änderung der freien Gibbs-Energie, indem Sie die Temperatur mit der Entropieänderung multiplizieren und das Produkt von der Enthalpieänderung für das System subtrahieren. Daraus können Sie sehen, dass die Temperatur die freie Gibbs-Energie dramatisch verändern kann.

Es ist wichtig, die freie Gibbs-Energie berechnen zu können, da Sie damit die Wahrscheinlichkeit einer Reaktion bestimmen können. Negative Enthalpie und positive Entropie begünstigen eine Reaktion nach vorne. Positive Enthalpie und negative Entropie begünstigen keine weitere Reaktion; diese Reaktionen verlaufen unabhängig von der Temperatur in umgekehrter Richtung. Wenn ein Faktor die Reaktion begünstigt und der andere nicht, bestimmt die Temperatur, in welche Richtung die Reaktion geht. Wenn die Änderung der freien Gibbs-Energie negativ ist, wird die Reaktion fortgesetzt; wenn es positiv ist, wird es umgekehrt. Bei Null ist die Reaktion im Gleichgewicht.