Скорее всего, первые химические реакции, которые вы изучали в школе, двигались в одном направлении; например, в пищевую соду добавляют уксус, чтобы получился «вулкан». На самом деле, большинство реакций следует иллюстрировать стрелками, указывающими в каждом направлении, что означает, что реакция может идти в обоих направлениях. Выявление свободной энергии Гиббса системы предлагает способ определить, намного ли одна стрелка больше другой; т.е. реакция почти всегда идет в одном направлении, или они оба близки к одному размеру? В последнем случае реакция может пойти как в одну сторону, так и в другую. Три критических фактора при вычислении свободной энергии Гиббса - это энтальпия, энтропия и температура.
Энтальпия
Энтальпия - это мера того, сколько энергии содержится в системе. Первичный компонент энтальпии - это внутренняя энергия или энергия случайного движения молекул. Энтальпия - это ни потенциальная энергия молекулярных связей, ни кинетическая энергия движущейся системы. Молекулы в твердом теле движутся намного меньше, чем в газе, поэтому у твердого тела меньше энтальпии. Другими факторами при расчете энтальпии являются давление и объем системы, которые наиболее важны в газовой системе. Энтальфия меняется, когда вы работаете с системой, или если вы добавляете или убираете тепло и / или материю.
Энтропия
Вы можете рассматривать энтропию как меру тепловой энергии системы или как меру беспорядка в системе. Чтобы понять, как они связаны, представьте стакан с водой, которая замерзает. Когда вы забираете тепловую энергию из воды, молекулы, которые движутся свободно и беспорядочно, замыкаются в твердом и очень упорядоченном кристалле льда. В этом случае изменение энтропии для системы было отрицательным; он стал менее беспорядочным. На уровне Вселенной энтропия всегда увеличивается.
Связь с температурой
На энтальпию и энтропию влияет температура. Если вы добавите тепло в систему, вы увеличите как энтропию, так и энтальпию. Температура также включается в качестве независимого фактора при вычислении свободной энергии Гиббса. Вы вычисляете изменение свободной энергии Гиббса, умножая температуру на изменение энтропии и вычитая произведение из изменения энтальпии для системы. Из этого видно, что температура может резко изменить свободную энергию Гиббса.
Актуальность в химических реакциях
Возможность вычислить свободную энергию Гиббса важна, потому что вы можете использовать ее для определения вероятности возникновения реакции. Отрицательная энтальпия и положительная энтропия способствуют протеканию реакции. Положительная энтальпия и отрицательная энтропия не способствуют развитию реакции; эти реакции будут идти в обратном направлении, независимо от температуры. Когда один фактор способствует реакции, а другой - нет, температура определяет, в каком направлении пойдет реакция. Если изменение свободной энергии Гиббса отрицательное, реакция пойдет вперед; если он положительный, все будет в обратном порядке. Когда он равен нулю, реакция находится в равновесии.