Τι είναι η ελεύθερη ενέργεια Gibbs;

Πιθανότατα, οι πρώτες χημικές αντιδράσεις που μελετήσατε στο σχολείο κινήθηκαν προς μία κατεύθυνση. για παράδειγμα, ξίδι χύνεται σε μαγειρική σόδα για να φτιάξει ένα "ηφαίστειο". Στην πραγματικότητα, οι περισσότερες αντιδράσεις πρέπει να απεικονίζονται με ένα βέλος που δείχνει σε κάθε κατεύθυνση, που σημαίνει ότι η αντίδραση θα μπορούσε να είναι αμφίδρομη. Η εξασφάλιση της ελεύθερης ενέργειας του Gibbs ενός συστήματος προσφέρει έναν τρόπο να προσδιοριστεί εάν το ένα βέλος είναι πολύ μεγαλύτερο από το άλλο. δηλαδή, η αντίδραση σχεδόν πάντοτε προς μία κατεύθυνση ή είναι και οι δύο κοντά στο ίδιο μέγεθος; Στην τελευταία περίπτωση, η αντίδραση είναι εξίσου πιθανό να πάει με τον άλλο τρόπο. Οι τρεις κρίσιμοι παράγοντες για τον υπολογισμό της ελεύθερης ενέργειας Gibbs είναι η ενθαλπία, η εντροπία και η θερμοκρασία.

Το Enthalpy είναι ένα μέτρο της ποσότητας ενέργειας που περιέχεται σε ένα σύστημα. Ένα κύριο συστατικό της ενθαλπίας είναι η εσωτερική ενέργεια ή η ενέργεια από την τυχαία κίνηση των μορίων. Το Enthalpy δεν είναι ούτε η πιθανή ενέργεια των μοριακών δεσμών ούτε η κινητική ενέργεια ενός κινούμενου συστήματος. Τα μόρια σε ένα στερεό κινούνται πολύ λιγότερο από αυτά ενός αερίου, έτσι το στερεό έχει λιγότερη ενθαλπία. Οι άλλοι παράγοντες για τον υπολογισμό της ενθαλπίας είναι η πίεση και ο όγκος του συστήματος, οι οποίοι είναι πιο σημαντικοί σε ένα σύστημα αερίου. Το Enthalphy αλλάζει όταν εργάζεστε σε ένα σύστημα ή εάν προσθέτετε ή αφαιρείτε θερμότητα και / ή ύλη.

Μπορείτε να σκεφτείτε την εντροπία ως μέτρο της θερμικής ενέργειας ενός συστήματος ή ως μέτρο της διαταραχής του συστήματος. Για να δείτε πώς σχετίζονται τα δύο, σκεφτείτε ένα ποτήρι νερό που παγώνει. Όταν παίρνετε θερμική ενέργεια μακριά από το νερό, τα μόρια που κινούνται ελεύθερα και τυχαία κλειδώνονται σε ένα στερεό και πολύ διατεταγμένο κρύσταλλο πάγου. Σε αυτήν την περίπτωση, η αλλαγή εντροπίας για το σύστημα ήταν αρνητική. έγινε λιγότερο αταξία. Στο επίπεδο του σύμπαντος, η εντροπία αυξάνεται πάντα.

Η ενθαλπία και η εντροπία επηρεάζονται από τη θερμοκρασία. Εάν προσθέσετε θερμότητα στο σύστημα θα αυξήσετε τόσο την εντροπία όσο και την ενθαλπία. Η θερμοκρασία περιλαμβάνεται επίσης ως ανεξάρτητος παράγοντας για τον υπολογισμό της ελεύθερης ενέργειας Gibbs. Υπολογίζετε την αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια Gibbs πολλαπλασιάζοντας τη θερμοκρασία με την αλλαγή στην εντροπία και αφαιρώντας το προϊόν από την αλλαγή της ενθαλπίας για το σύστημα. Από αυτό, μπορείτε να δείτε ότι η θερμοκρασία μπορεί να αλλάξει δραματικά την ενέργεια χωρίς Gibbs.

Το να μπορείτε να υπολογίσετε την ελεύθερη ενέργεια Gibbs είναι σημαντικό επειδή μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να προσδιορίσετε πόσο πιθανό είναι να συμβεί μια αντίδραση. Η αρνητική ενθαλπία και η θετική εντροπία ευνοούν μια αντίδραση στο μέλλον. Η θετική ενθαλπία και η αρνητική εντροπία δεν ευνοούν μια αντίδραση που θα προχωρήσει. Αυτές οι αντιδράσεις θα πάνε στην αντίστροφη κατεύθυνση, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία. Όταν ένας παράγοντας ευνοεί την αντίδραση και ο άλλος όχι, η θερμοκρασία καθορίζει ποια κατεύθυνση θα πάει η αντίδραση. Εάν η αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια Gibbs είναι αρνητική, η αντίδραση θα προχωρήσει. εάν είναι θετικό, θα πάει αντίστροφα. Όταν είναι μηδέν, η αντίδραση βρίσκεται σε ισορροπία.