ギブズの自由エネルギーとは何ですか？

おそらく、あなたが学校で研究した最初の化学反応は一方向に動いた。 たとえば、酢を重曹に注ぎ、「火山」を作りました。 実際には、ほとんどの反応は、各方向を指す矢印で示されている必要があります。つまり、反応は双方向に進む可能性があります。 システムのギブズの自由エネルギーを確認することで、一方の矢印がもう一方の矢印よりもはるかに大きいかどうかを判断できます。 つまり、反応はほとんどの場合一方向に進みますか、それとも両方とも同じサイズに近いですか？ 後者の場合、反応は一方の方向に進む可能性があります。 ギブズの自由エネルギーを計算する際の3つの重要な要素は、エンタルピー、エントロピー、および温度です。

エンタルピーは、システムに含まれるエネルギー量の尺度です。 エンタルピーの主要な要素は、内部エネルギー、または分子のランダムな動きからのエネルギーです。 エンタルピーは、分子結合の位置エネルギーでも、移動システムの運動エネルギーでもありません。 固体内の分子は気体の分子よりもはるかに移動が少ないため、固体のエンタルピーは低くなります。 エンタルピーを計算する際の他の要因は、システムの圧力と体積であり、これらはガスシステムで最も重要です。 エンタルピーは、システムで作業するとき、または熱や物質を加算または減算するときに変更されます。

エントロピーは、システムの熱エネルギーの尺度として、またはシステムの無秩序の尺度として考えることができます。 この2つがどのように関連しているかを確認するには、凍るコップ1杯の水について考えてみてください。 水から熱エネルギーを奪うと、自由にランダムに動いていた分子が、固くて非常に秩序だった氷の結晶に閉じ込められます。 この場合、システムのエントロピーの変化は負でした。 乱れが少なくなりました。 宇宙のレベルでは、エントロピーは常に増加しています。

エンタルピーとエントロピーは温度の影響を受けます。 システムに熱を加えると、エントロピーとエンタルピーの両方が増加します。 ギブズの自由エネルギーを計算する際の独立した要素として、温度も含まれます。 温度にエントロピーの変化を掛け、その積をシステムのエンタルピーの変化から差し引くことにより、ギブズの自由エネルギーの変化を計算します。 このことから、温度がギブズの自由エネルギーを劇的に変化させる可能性があることがわかります。

ギブズの自由エネルギーを計算できることは、反応が発生する可能性を判断するために使用できるため重要です。 負のエンタルピーと正のエントロピーは、今後の反応に有利に働きます。 正のエンタルピーと負のエントロピーは、今後の反応に有利にはなりません。 これらの反応は、温度に関係なく、逆方向に進みます。 一方の要因が反応に有利であり、もう一方の要因がそうでない場合、温度によって反応が進む方向が決まります。 ギブズの自由エネルギーの変化が負の場合、反応は進みます。 正の場合は逆になります。 ゼロの場合、反応は平衡状態にあります。