Très probablement, les premières réactions chimiques que vous avez étudiées à l'école se sont déplacées dans une direction; par exemple, du vinaigre versé dans du bicarbonate de soude pour faire un « volcan ». En réalité, la plupart des réactions doivent être illustrées par une flèche pointant dans chaque direction, ce qui signifie que la réaction peut aller dans les deux sens. Déterminer l'énergie libre de Gibbs d'un système offre un moyen de déterminer si une flèche est beaucoup plus grande que l'autre; c'est-à-dire, la réaction va-t-elle presque toujours dans une direction, ou sont-elles toutes les deux proches de la même taille? Dans ce dernier cas, la réaction est tout aussi susceptible d'aller dans un sens que dans l'autre. Les trois facteurs critiques dans le calcul de l'énergie libre de Gibbs sont l'enthalpie, l'entropie et la température.
Enthalpie
L'enthalpie est une mesure de la quantité d'énergie contenue dans un système. Un composant principal de l'enthalpie est l'énergie interne, ou l'énergie provenant du mouvement aléatoire des molécules. L'enthalpie n'est ni l'énergie potentielle des liaisons moléculaires ni l'énergie cinétique d'un système en mouvement. Les molécules d'un solide bougent beaucoup moins que celles d'un gaz, donc le solide a moins d'enthalpie. Les autres facteurs de calcul de l'enthalpie sont la pression et le volume du système, qui sont les plus importants dans un système de gaz. L'enthalphy est modifiée lorsque vous travaillez sur un système, ou si vous ajoutez ou soustrayez de la chaleur et/ou de la matière.
Entropie
Vous pouvez considérer l'entropie comme une mesure de l'énergie thermique d'un système ou comme une mesure du désordre du système. Pour voir comment les deux sont liés, pensez à un verre d'eau qui gèle. Lorsque vous retirez de l'énergie thermique de l'eau, les molécules qui se déplaçaient librement et aléatoirement se retrouvent enfermées dans un cristal de glace solide et très ordonné. Dans ce cas, le changement d'entropie pour le système était négatif; il est devenu moins désordonné. Au niveau de l'univers, l'entropie est toujours croissante.
Relation avec la température
L'enthalpie et l'entropie sont influencées par la température. Si vous ajoutez de la chaleur au système, vous augmenterez à la fois l'entropie et l'enthalpie. La température est également incluse comme facteur indépendant dans le calcul de l'énergie libre de Gibbs. Vous calculez la variation de l'énergie libre de Gibbs en multipliant la température par la variation d'entropie et en soustrayant le produit de la variation d'enthalpie du système. À partir de là, vous pouvez voir que la température peut modifier considérablement l'énergie libre de Gibbs.
Pertinence dans les réactions chimiques
Il est important de pouvoir calculer l'énergie libre de Gibbs car vous pouvez l'utiliser pour déterminer la probabilité qu'une réaction se produise. L'enthalpie négative et l'entropie positive favorisent une réaction future. L'enthalpie positive et l'entropie négative ne favorisent pas une réaction future; ces réactions iront dans le sens inverse, quelle que soit la température. Lorsqu'un facteur favorise la réaction et l'autre non, la température détermine la direction dans laquelle la réaction ira. Si le changement de l'énergie libre de Gibbs est négatif, la réaction ira de l'avant; s'il est positif, il ira en sens inverse. Lorsqu'il est nul, la réaction est à l'équilibre.
