რა არის გიბსის თავისუფალი ენერგია?

სავარაუდოდ, პირველი ქიმიური რეაქციები, რომლებიც სკოლაში შეისწავლეთ, ერთი მიმართულებით გადავიდა; მაგალითად, ძმარი ჩაყარეს სოდაში, რომ "ვულკანი" გამოეყენებინათ. სინამდვილეში, რეაქციების უმეტესობა ილუსტრირებული უნდა იყოს თითოეული მიმართულებით ისრით, რაც ნიშნავს, რომ რეაქცია შეიძლება ორივე გზით წავიდეს. სისტემის გიბსის თავისუფალი ენერგიის დადგენა გთავაზობთ გზას იმის დასადგენად, არის თუ არა ერთი ისარი მეორეზე ბევრად უფრო დიდი; ანუ, რეაქცია თითქმის ყოველთვის ერთი მიმართულებით მიდის, ან ორივე ახლოს არის იმავე ზომასთან? ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, რეაქცია ისევე სავარაუდოა, რომ წავიდეს ერთი გზით, როგორც სხვა. გიბსის თავისუფალი ენერგიის გამოთვლის სამი კრიტიკული ფაქტორია ენთალპია, ენტროპია და ტემპერატურა.

ენთალპია არის იმის საზომი, თუ რამდენი ენერგია შეიცავს სისტემაში. ენთალპიის ძირითადი კომპონენტია შინაგანი ენერგია, ან ენერგია მოლეკულების შემთხვევითი მოძრაობიდან. ენთალპია არც მოლეკულური ბმების პოტენციური ენერგიაა და არც მოძრავი სისტემის კინეტიკური ენერგია. მყარი ნივთიერებების მოლეკულები გაზის გაცილებით ნაკლებ მოძრაობენ, ამიტომ მყარი ნივთიერებები ნაკლებია. ენთალპიის გამოთვლის სხვა ფაქტორებია სისტემის წნევა და მოცულობა, რაც ყველაზე მნიშვნელოვანია გაზის სისტემაში. ენთალფია იცვლება სისტემაში მუშაობისას, ან სითბოს და / ან მატერიის დამატება ან გამოკლება.

ენტროპია შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ, როგორც სისტემის თერმული ენერგიის საზომი ან სისტემის არეულობის საზომი. იმის სანახავად, თუ როგორ არის დაკავშირებული ეს ორი, დაფიქრდით ჭიქა წყალზე, რომელიც იყინება. როდესაც წყალს სითბოს ენერგიას აშორებთ, მოლეკულები, რომლებიც თავისუფლად და შემთხვევით მოძრაობდნენ, იკეტება მყარ და ძალიან მოწესრიგებულ ყინულის ბროლში. ამ შემთხვევაში, სისტემისთვის ენტროპიის ცვლილება უარყოფითი იყო; ეს ნაკლებად მოუწესრიგებელი გახდა. სამყაროს დონეზე, ენტროპია ყოველთვის იზრდება.

ენტალპიასა და ენტროპიაზე გავლენას ახდენს ტემპერატურა. თუ სისტემას დაამატებთ სითბოს, თქვენ გაზრდით ენტროპიასაც და ენთალპიასაც. ტემპერატურა ასევე შედის როგორც დამოუკიდებელი ფაქტორი გიბსის თავისუფალი ენერგიის გამოსათვლელად. თქვენ გამოითვლით გიბსის თავისუფალი ენერგიის ცვლილებას ტემპერატურის გამრავლებით ენტროპიის ცვლილებაზე და სისტემისთვის გამოანგარიშებით პროდუქტი ენთალპიის ცვლილებიდან. აქედან ჩანს, რომ ტემპერატურა შეიძლება მკვეთრად შეცვალოს გიბსის თავისუფალი ენერგია.

გიბსის თავისუფალი ენერგიის გამოთვლის შესაძლებლობა მნიშვნელოვანია, რადგან მისი გამოყენება შეგიძლიათ იმის დასადგენად, თუ რამდენად სავარაუდოა რეაქცია. უარყოფითი ენტალპია და პოზიტიური ენტროპია ხელს უწყობს რეაქციას. პოზიტიური ენთალპია და უარყოფითი ენტროპია არ ემხრობა რეაქციას; ეს რეაქციები საპირისპირო მიმართულებით წარიმართება, ტემპერატურის მიუხედავად. როდესაც ერთი ფაქტორი ემხრობა რეაქციას, მეორე კი არა, ტემპერატურა განსაზღვრავს, თუ რომელი მიმართულებით წავა რეაქცია. თუ გიბსის თავისუფალი ენერგიის ცვლილება უარყოფითია, რეაქცია წავა წინ; თუ ეს პოზიტიურია, პირიქით წავა. როდესაც იგი ნულოვანია, რეაქცია წონასწორობაზე იმყოფება.