Vad är Gibbs Free Energy?

Troligtvis rörde de första kemiska reaktionerna du studerade i skolan i en riktning; till exempel ättika hälls i bakpulver för att skapa en "vulkan". I verkligheten ska de flesta reaktioner illustreras med en pil som pekar i varje riktning, vilket innebär att reaktionen kan gå åt båda hållen. Att fastställa Gibbs fria energi i ett system erbjuder ett sätt att avgöra om en pil är mycket större än den andra; dvs. går reaktionen nästan alltid i en riktning, eller är de båda nära samma storlek? I det senare fallet är reaktionen lika sannolik att gå en väg som den andra. De tre kritiska faktorerna vid beräkning av Gibbs fria energi är entalpi, entropi och temperatur.

Enthalpy är ett mått på hur mycket energi som finns i ett system. En primär komponent i entalpi är inre energi, eller energin från molekylernas slumpmässiga rörelse. Entalpi är varken den potentiella energin för molekylära bindningar eller kinetiska energin i ett rörligt system. Molekylerna i ett fast ämne rör sig mycket mindre än en gas, så det fasta ämnet har mindre entalpi. De andra faktorerna vid beräkning av entalpi är systemets tryck och volym, som är viktigast i ett gassystem. Enthalphy ändras när du arbetar på ett system, eller om du lägger till eller subtraherar värme och / eller materia.

Du kan tänka på entropi som ett mått på systemets termiska energi eller som ett mått på systemets störning. För att se hur de två är relaterade, tänk på ett glas vatten som fryser. När du tar bort värmeenergi från vattnet låses molekylerna som rörde sig fritt och slumpmässigt i en fast och mycket ordnad iskristall. I detta fall var förändringen i entropi för systemet negativ; det blev mindre oordning. På universums nivå ökar entropin alltid.

Entalpi och entropi påverkas av temperaturen. Om du tillför värme till systemet ökar du både entropi och entalpi. Temperatur ingår också som en oberoende faktor vid beräkning av Gibbs fri energi. Du beräknar förändringen i Gibbs fria energi genom att multiplicera temperaturen med förändringen i entropi och subtrahera produkten från förändringen i entalpi för systemet. Från detta kan du se att temperaturen dramatiskt kan förändra Gibbs fria energi.

Att kunna beräkna Gibbs fria energi är viktigt eftersom du kan använda den för att avgöra hur sannolikt en reaktion ska inträffa. Negativ entalpi och positiv entropi gynnar en reaktion framöver. Positiv entalpi och negativ entropi gynnar inte en reaktion framöver. dessa reaktioner kommer att gå i omvänd riktning, oavsett temperatur. När en faktor gynnar reaktionen och den andra inte, avgör temperaturen vilken riktning reaktionen kommer att gå. Om förändringen i Gibbs fria energi är negativ, kommer reaktionen att gå framåt; om det är positivt kommer det att gå i omvänd ordning. När det är noll är reaktionen i jämvikt.