Kas ir Gibsa enerģija bez maksas?

Visticamāk, pirmās ķīmiskās reakcijas, kuras jūs mācījāties skolā, virzījās vienā virzienā; piemēram, etiķi, kas ielej soda, lai izveidotu "vulkānu". Patiesībā lielāko daļu reakciju vajadzētu ilustrēt ar bultiņu, kas vērsta katrā virzienā, kas nozīmē, ka reakcija varētu notikt abos virzienos. Sistēmas Gibsa brīvās enerģijas noteikšana piedāvā veidu, kā noteikt, vai viena bulta ir daudz lielāka par otru; i., vai reakcija gandrīz vienmēr notiek vienā virzienā, vai arī viņi abi ir tuvu vienādam izmēram? Pēdējā gadījumā reakcija ir tikpat liela iespējamība iet uz vienu pusi kā uz otru. Trīs kritiskie faktori Gibsa brīvās enerģijas aprēķināšanai ir entalpija, entropija un temperatūra.

Entalpija ir mērījums tam, cik daudz enerģijas satur sistēma. Primārā entalpijas sastāvdaļa ir iekšējā enerģija jeb enerģija, kas rodas no nejaušas molekulu kustības. Entalpija nav ne molekulāro saišu potenciālā enerģija, ne kustīgās sistēmas kinētiskā enerģija. Cietā stāvoklī esošās molekulas pārvietojas daudz mazāk nekā gāzes, tāpēc cietajai daļai ir mazāka entalpija. Citi entalpijas aprēķināšanas faktori ir sistēmas spiediens un tilpums, kas ir vissvarīgākie gāzes sistēmā. Enthalphy tiek mainīts, kad jūs strādājat pie sistēmas vai pievienojat vai atņemat siltumu un / vai vielu.

Jūs varat domāt par entropiju kā par sistēmas siltuma enerģijas mērījumu vai par sistēmas traucējumu mēru. Lai redzētu, kā abi ir saistīti, padomājiet par glāzi ūdens, kas sasalst. Atņemot siltuma enerģiju no ūdens, molekulas, kas brīvi un nejauši pārvietojās, tiek bloķētas cietā un ļoti sakārtotā ledus kristālā. Šajā gadījumā entropijas izmaiņas sistēmai bija negatīvas; tas kļuva mazāk nesakārtots. Visuma līmenī entropija vienmēr palielinās.

Temperatūra ietekmē entalpiju un entropiju. Ja sistēmai pievienosiet siltumu, palielināsiet gan entropiju, gan entalpiju. Temperatūra ir iekļauta arī kā neatkarīgs faktors, aprēķinot Gibsa brīvo enerģiju. Jūs aprēķināt Gibsa brīvās enerģijas izmaiņas, reizinot temperatūru ar izmaiņām entropijā un atņemot produktu no sistēmas entalpijas izmaiņām. No tā jūs varat redzēt, ka temperatūra var dramatiski mainīt Gibsa brīvo enerģiju.

Spēja aprēķināt Gibsa brīvo enerģiju ir svarīga, jo to var izmantot, lai noteiktu reakcijas iespējamību. Negatīva entalpija un pozitīva entropija veicina reakciju uz priekšu. Pozitīva entalpija un negatīva entropija neveicina turpmāku reakciju; šīs reakcijas notiks pretējā virzienā neatkarīgi no temperatūras. Kad viens faktors dod priekšroku reakcijai, bet otrs nē, temperatūra nosaka, kurā virzienā reakcija notiks. Ja Gibsa brīvās enerģijas izmaiņas ir negatīvas, reakcija notiks uz priekšu; ja tas ir pozitīvs, tas notiks pretēji. Kad tā ir nulle, reakcija ir līdzsvarā.