מהי אנרגיה חופשית של גיבס?

קרוב לוודאי שהתגובות הכימיות הראשונות שלמדת בבית הספר נעו בכיוון אחד; למשל, חומץ שנמזג לסודה לשתיה כדי ליצור "הר געש". במציאות, יש להמחיש את רוב התגובות באמצעות חץ שמצביע לכל כיוון, כלומר התגובה יכולה ללכת בשני הכיוונים. בדיקת האנרגיה החופשית של Gibbs של מערכת מציעה דרך לקבוע אם חץ אחד גדול בהרבה מהשני; כלומר, האם התגובה כמעט תמיד הולכת לכיוון אחד, או שמא שניהם קרובים לאותו הגודל? במקרה האחרון, התגובה צפויה ללכת בדרך זו כמו זו. שלושת הגורמים הקריטיים בחישוב האנרגיה החופשית של גיבס הם אנטלפיה, אנטרופיה וטמפרטורה.

אנתלפיה היא מדד לכמות האנרגיה הכלולה במערכת. מרכיב עיקרי באנטלפיה הוא אנרגיה פנימית, או האנרגיה מתנועה אקראית של מולקולות. אנתלפיה היא לא האנרגיה הפוטנציאלית של קשרים מולקולריים וגם לא האנרגיה הקינטית של מערכת נעה. המולקולות במוצק נעות הרבה פחות מאלו של גז, כך שלמוצק יש פחות אנלפיה. הגורמים האחרים בחישוב האנטלפיה הם הלחץ והנפח של המערכת, החשובים ביותר במערכת גז. האנטלפי משתנה כאשר אתה עובד על מערכת, או אם אתה מוסיף או מפחית חום ו / או חומר.

אתה יכול לחשוב על אנטרופיה כמדד לאנרגיה התרמית של מערכת או כמדד להפרעה במערכת. כדי לראות איך קשורים השניים, חשוב על כוס מים שקופאת. כאשר לוקחים את אנרגיית החום מהמים, המולקולות שנעו בחופשיות ובאופן אקראי נעולות בתוך גביש קרח מוצק ומסודר מאוד. במקרה זה, השינוי באנטרופיה למערכת היה שלילי; זה הפך פחות מבולבל. ברמת היקום, האנטרופיה תמיד גוברת.

האנטלפיה והאנטרופיה מושפעות מהטמפרטורה. אם תוסיף חום למערכת תגביר את האנטרופיה ואת האנטלפיה. הטמפרטורה כלולה גם כגורם עצמאי בחישוב האנרגיה החינמית של Gibbs. אתה מחשב את השינוי באנרגיה החופשית של גיבס על ידי הכפלת הטמפרטורה בשינוי האנטרופיה, ומחסר את המוצר משינוי האנטלפיה למערכת. מכאן, ניתן לראות כי הטמפרטורה יכולה לשנות באופן דרמטי את האנרגיה החופשית של גיבס.

היכולת לחשב את האנרגיה החופשית של גיבס חשובה מכיוון שאתה יכול להשתמש בה כדי לקבוע את הסבירות שתגובה תתרחש. אנטלפיה שלילית ואנטרופיה חיובית מעדיפים תגובה בהמשך. אנטלפיה חיובית ואנטרופיה שלילית אינם מעדיפים תגובה בהמשך; תגובות אלה ילכו בכיוון ההפוך, ללא קשר לטמפרטורה. כאשר גורם אחד מעדיף את התגובה והשני לא, הטמפרטורה קובעת לאיזה כיוון תגיב התגובה. אם השינוי באנרגיה החופשית של גיבס הוא שלילי, התגובה תתקדם; אם הוא חיובי, הוא ילך הפוך. כאשר הוא אפס, התגובה נמצאת בשיווי משקל.