Apa itu Energi Bebas Gibbs?

Kemungkinan besar, reaksi kimia pertama yang Anda pelajari di sekolah bergerak ke satu arah; misalnya, cuka dituangkan ke dalam soda kue untuk membuat "gunung berapi". Pada kenyataannya, sebagian besar reaksi harus diilustrasikan dengan panah yang menunjuk ke setiap arah, yang berarti reaksi dapat berlangsung dua arah. Memastikan energi bebas Gibbs dari suatu sistem menawarkan cara untuk menentukan apakah satu panah jauh lebih besar dari yang lain; yaitu, apakah reaksi hampir selalu berjalan dalam satu arah, atau apakah keduanya mendekati ukuran yang sama? Dalam kasus terakhir, reaksi kemungkinan besar akan berjalan satu arah seperti yang lain. Tiga faktor penting dalam menghitung energi bebas Gibbs adalah entalpi, entropi, dan suhu.

Entalpi adalah ukuran berapa banyak energi yang terkandung dalam suatu sistem. Komponen utama entalpi adalah energi internal, atau energi dari pergerakan acak molekul. Entalpi bukanlah energi potensial ikatan molekul atau energi kinetik sistem yang bergerak. Molekul-molekul dalam padatan bergerak jauh lebih sedikit daripada gas, sehingga padatan memiliki entalpi yang lebih kecil. Faktor lain dalam menghitung entalpi adalah tekanan dan volume sistem, yang paling penting dalam sistem gas. Entalfi berubah ketika Anda melakukan pekerjaan pada suatu sistem, atau jika Anda menambah atau mengurangi kalor dan/atau materi.

Anda dapat menganggap entropi sebagai ukuran energi panas suatu sistem atau sebagai ukuran ketidakteraturan sistem. Untuk melihat bagaimana keduanya terkait, pikirkan tentang segelas air yang membeku. Ketika Anda mengambil energi panas dari air, molekul-molekul yang bergerak bebas dan acak menjadi terkunci dalam kristal es yang padat dan sangat teratur. Dalam hal ini, perubahan entropi untuk sistem adalah negatif; itu menjadi kurang teratur. Pada tingkat alam semesta, entropi selalu meningkat.

Entalpi dan entropi dipengaruhi oleh suhu. Jika Anda menambahkan panas ke sistem, Anda akan meningkatkan entropi dan entalpi. Suhu juga termasuk sebagai faktor independen dalam menghitung energi bebas Gibbs. Anda menghitung perubahan energi bebas Gibbs dengan mengalikan suhu dengan perubahan entropi, dan mengurangkan produk dari perubahan entalpi sistem. Dari sini, Anda dapat melihat bahwa suhu dapat secara dramatis mengubah energi bebas Gibbs.

Mampu menghitung energi bebas Gibbs adalah penting karena Anda dapat menggunakannya untuk menentukan seberapa besar kemungkinan reaksi akan terjadi. Entalpi negatif dan entropi positif mendukung reaksi ke depan. Entalpi positif dan entropi negatif tidak mendukung reaksi ke depan; reaksi ini akan pergi dalam arah sebaliknya, terlepas dari suhu. Ketika satu faktor mendukung reaksi dan faktor lainnya tidak, suhu menentukan arah reaksi. Jika perubahan energi bebas Gibbs negatif, reaksi akan maju; jika positif, itu akan pergi sebaliknya. Ketika nol, reaksi berada pada kesetimbangan.