Najprawdopodobniej pierwsze reakcje chemiczne, które studiowałeś w szkole, poszły w jednym kierunku; na przykład ocet wlany do sody oczyszczonej, aby zrobić „wulkan”. W rzeczywistości większość reakcji powinna być zilustrowana strzałkami skierowanymi w każdym kierunku, co oznacza, że reakcja może przebiegać w obie strony. Ustalenie energii swobodnej Gibbsa układu oferuje sposób na określenie, czy jedna strzała jest znacznie większa od drugiej; tj. czy reakcja prawie zawsze idzie w jednym kierunku, czy też obie są zbliżone do tego samego rozmiaru? W tym drugim przypadku reakcja jest równie prawdopodobna w jedną, jak iw drugą stronę. Trzy krytyczne czynniki przy obliczaniu swobodnej energii Gibbsa to entalpia, entropia i temperatura.
Entalpia
Entalpia jest miarą ilości energii zawartej w systemie. Podstawowym składnikiem entalpii jest energia wewnętrzna, czyli energia losowego ruchu cząsteczek. Entalpia nie jest ani energią potencjalną wiązań molekularnych, ani energią kinetyczną poruszającego się układu. Cząsteczki w ciele stałym poruszają się znacznie mniej niż w gazie, więc ciało stałe ma mniejszą entalpię. Innymi czynnikami przy obliczaniu entalpii są ciśnienie i objętość systemu, które są najważniejsze w systemie gazowym. Entalfia zmienia się, gdy pracujesz nad systemem lub dodajesz lub odejmujesz ciepło i/lub materię.
Entropia
Możesz myśleć o entropii jako miarze energii cieplnej układu lub jako miara nieuporządkowania układu. Aby zobaczyć, jak są ze sobą powiązane, pomyśl o szklance wody, która zamarza. Kiedy odbierasz wodzie energię cieplną, molekuły poruszające się swobodnie i losowo zostają zamknięte w stałym i bardzo uporządkowanym krysztale lodu. W tym przypadku zmiana entropii układu była ujemna; stał się mniej nieuporządkowany. Na poziomie wszechświata entropia zawsze rośnie.
Związek z temperaturą
Na entalpię i entropię wpływa temperatura. Jeśli dodasz ciepło do systemu, zwiększysz zarówno entropię, jak i entalpię. Temperatura jest również uwzględniona jako niezależny czynnik przy obliczaniu energii swobodnej Gibbsa. Obliczasz zmianę energii swobodnej Gibbsa, mnożąc temperaturę przez zmianę entropii i odejmując iloczyn od zmiany entalpii dla układu. Z tego widać, że temperatura może radykalnie zmienić energię swobodną Gibbsa.
Związek w reakcjach chemicznych
Możliwość obliczenia energii swobodnej Gibbsa jest ważna, ponieważ można jej użyć do określenia prawdopodobieństwa wystąpienia reakcji. Entalpia ujemna i entropia dodatnia sprzyjają dalszej reakcji. Entalpia dodatnia i entropia ujemna nie sprzyjają dalszej reakcji; te reakcje będą przebiegać w odwrotnym kierunku, niezależnie od temperatury. Kiedy jeden czynnik sprzyja reakcji, a drugi nie, temperatura określa kierunek reakcji. Jeśli zmiana energii swobodnej Gibbsa jest ujemna, reakcja będzie postępować do przodu; jeśli jest dodatni, będzie odwrotnie. Gdy wynosi zero, reakcja jest w równowadze.
