Mis on Gibbsi vaba energia?

Suure tõenäosusega liikusid esimesed keemilised reaktsioonid, mida sa koolis õppisid, ühes suunas; näiteks söögisoodasse valatud äädikas "vulkaani" saamiseks. Tegelikkuses tuleks enamikku reaktsioone illustreerida noolega, mis osutab mõlemas suunas, mis tähendab, et reaktsioon võib toimuda mõlemat pidi. Süsteemi Gibbsi vaba energia kindlakstegemine pakub võimaluse teha kindlaks, kas üks nool on teisest palju suurem; st kas reaktsioon kulgeb peaaegu alati ühes suunas või on mõlemad mõlemad sama suurusega? Viimasel juhul läheb reaktsioon sama tõenäosusega ühte teed kui teist. Gibbsi vaba energia arvutamisel on kolm kriitilist tegurit entalpia, entroopia ja temperatuur.

Entalpia on mõõt, kui palju energiat süsteemis sisaldub. Entalpia esmane komponent on siseenergia ehk molekulide juhusliku liikumise energia. Entalpia ei ole ei molekulaarsidemete potentsiaalne energia ega liikuva süsteemi kineetiline energia. Tahkes olekus olevad molekulid liiguvad palju vähem kui gaasi omad, seega on tahkel ainel entalpiat vähem. Teised tegurid entalpia arvutamisel on süsteemi rõhk ja maht, mis on gaasisüsteemis kõige olulisemad. Enthalphy muutub, kui töötate süsteemiga või kui lisate või lahutate soojust ja / või ainet.

Entroopiat võib mõelda kui süsteemi soojusenergia mõõdikut või kui süsteemi häiret. Mõelge külmklaasist veeklaasile, et näha, kuidas need kaks on omavahel seotud. Kui võtate soojusenergiat veest eemale, lukustuvad vabalt ja juhuslikult liikuvad molekulid tahkesse ja väga korrastatud jääkristalli. Sel juhul oli süsteemi entroopia muutus negatiivne; see muutus vähem korratuks. Universumi tasandil kasvab entroopia alati.

Temperatuur mõjutab entalpiat ja entroopiat. Kui lisate süsteemile soojust, suureneb nii entroopia kui ka entalpia. Temperatuur on sõltumatu tegurina lisatud ka Gibbsi vaba energia arvutamisel. Arvutate Gibbsi vaba energia muutuse, korrutades temperatuuri entroopia muutusega ja lahutades süsteemi entalpia muutusest. Sellest näete, et temperatuur võib dramaatiliselt muuta Gibbsi vaba energiat.

Gibbsi vaba energia arvutamine on oluline, sest selle abil saate määrata reaktsiooni tekkimise tõenäosuse. Negatiivne entalpia ja positiivne entroopia soodustavad edasist reaktsiooni. Positiivne entalpia ja negatiivne entroopia ei soosi edasist reaktsiooni; need reaktsioonid kulgevad vastupidises suunas, sõltumata temperatuurist. Kui üks tegur soosib reaktsiooni ja teine ​​mitte, määrab temperatuur, mis suunas reaktsioon kulgeb. Kui Gibbsi vaba energia muutus on negatiivne, läheb reaktsioon edasi; kui see on positiivne, läheb see vastupidi. Kui see on null, on reaktsioon tasakaalus.