กิ๊บส์พลังงานฟรีคืออะไร?

เป็นไปได้มากว่าปฏิกิริยาเคมีครั้งแรกที่คุณเรียนในโรงเรียนจะย้ายไปในทิศทางเดียว ตัวอย่างเช่น น้ำส้มสายชูเทลงในเบกกิ้งโซดาเพื่อทำ "ภูเขาไฟ" ในความเป็นจริง ปฏิกิริยาส่วนใหญ่ควรแสดงด้วยลูกศรชี้ไปในแต่ละทิศทาง ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาสามารถไปได้ทั้งสองทาง การตรวจสอบพลังงานที่ปราศจากกิ๊บส์ของระบบเสนอวิธีการตรวจสอบว่าลูกศรหนึ่งมีขนาดใหญ่กว่าอีกอันหนึ่งมากหรือไม่ กล่าวคือ ปฏิกิริยามักจะไปในทิศทางเดียว หรือทั้งสองมีขนาดใกล้เคียงกัน? ในกรณีหลัง ปฏิกิริยามีแนวโน้มที่จะไปในทางเดียวกัน ปัจจัยสำคัญสามประการในการคำนวณพลังงานฟรีของกิ๊บส์ ได้แก่ เอนทาลปี เอนโทรปี และอุณหภูมิ

เอนทัลปีคือการวัดปริมาณพลังงานที่มีอยู่ในระบบ องค์ประกอบหลักของเอนทัลปีคือพลังงานภายในหรือพลังงานจากการเคลื่อนที่แบบสุ่มของโมเลกุล เอนทัลปีไม่ใช่พลังงานศักย์ของพันธะโมเลกุลหรือพลังงานจลน์ของระบบเคลื่อนที่ โมเลกุลในของแข็งเคลื่อนที่น้อยกว่าของแก๊สมาก ดังนั้นของแข็งจึงมีเอนทาลปีน้อยกว่า ปัจจัยอื่นๆ ในการคำนวณเอนทาลปีคือความดันและปริมาตรของระบบ ซึ่งสำคัญที่สุดในระบบแก๊ส Enthalphy เปลี่ยนไปเมื่อคุณทำงานบนระบบ หรือถ้าคุณเพิ่มหรือลบความร้อนและ/หรือสสาร

คุณสามารถนึกถึงเอนโทรปีเพื่อวัดพลังงานความร้อนของระบบหรือเป็นตัววัดความผิดปกติของระบบ หากต้องการดูว่าทั้งสองมีความเกี่ยวข้องกันอย่างไร ลองนึกถึงแก้วน้ำที่กลายเป็นน้ำแข็ง เมื่อคุณนำพลังงานความร้อนออกจากน้ำ โมเลกุลที่เคลื่อนที่อย่างอิสระและสุ่มกลายเป็นผลึกน้ำแข็งที่แข็งและมีระเบียบมาก ในกรณีนี้ การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีสำหรับระบบเป็นลบ มันไม่เป็นระเบียบน้อยลง ในระดับจักรวาล เอนโทรปีเพิ่มขึ้นเสมอ

เอนทัลปีและเอนโทรปีได้รับอิทธิพลจากอุณหภูมิ หากคุณเพิ่มความร้อนให้กับระบบ คุณจะเพิ่มทั้งเอนโทรปีและเอนทาลปี อุณหภูมิยังรวมเป็นปัจจัยอิสระในการคำนวณพลังงานกิ๊บส์ฟรี คุณคำนวณการเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่ปราศจากกิ๊บส์โดยการคูณอุณหภูมิด้วยการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปี และลบผลคูณออกจากการเปลี่ยนแปลงของเอนทัลปีสำหรับระบบ จากนี้ คุณจะเห็นว่าอุณหภูมิสามารถเปลี่ยนพลังงานที่ปราศจากกิ๊บส์ได้อย่างมาก

ความสามารถในการคำนวณพลังงานที่ปราศจากกิ๊บส์นั้นมีความสำคัญ เนื่องจากคุณสามารถใช้เพื่อพิจารณาว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้มากน้อยเพียงใด เอนทาลปีเชิงลบและเอนโทรปีเชิงบวกสนับสนุนปฏิกิริยาในอนาคต เอนทาลปีเชิงบวกและเอนโทรปีเชิงลบไม่สนับสนุนปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้น ปฏิกิริยาเหล่านี้จะไปในทิศทางตรงกันข้ามโดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิ เมื่อปัจจัยหนึ่งสนับสนุนปฏิกิริยาและอีกปัจจัยหนึ่งไม่สนับสนุน อุณหภูมิจะกำหนดทิศทางของปฏิกิริยา หากการเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระของกิ๊บส์เป็นลบ ปฏิกิริยาก็จะดำเนินต่อไป ถ้าเป็นบวกก็จะกลับกัน เมื่อเป็นศูนย์ ปฏิกิริยาจะอยู่ที่สมดุล