Швидше за все, перші хімічні реакції, які ви вивчали в школі, рухались в одному напрямку; наприклад, оцет, вилитий у харчову соду, щоб зробити «вулкан». Насправді більшість реакцій слід ілюструвати стрілкою, спрямованою в кожному напрямку, тобто реакція може йти в обидві сторони. Визначення вільної енергії Гіббса в системі пропонує спосіб визначити, чи одна стрілка набагато більша за другу; тобто реакція майже завжди йде в одному напрямку, або вони обидва близькі до однакового розміру? В останньому випадку реакція має таку ж ймовірність пройти в один бік, як і інший. Трьома критичними факторами для розрахунку вільної енергії Гіббса є ентальпія, ентропія та температура.
Ентальпія
Ентальпія - це міра того, скільки енергії міститься в системі. Основним компонентом ентальпії є внутрішня енергія, або енергія від випадкового руху молекул. Ентальпія не є ні потенційною енергією молекулярних зв’язків, ні кінетичною енергією рухомої системи. Молекули твердого тіла рухаються набагато менше, ніж у газу, тому тверда речовина має меншу ентальпію. Іншими факторами розрахунку ентальпії є тиск і об’єм системи, які є найбільш важливими в газовій системі. Ентальфія змінюється, коли ви працюєте в системі або додаєте або віднімаєте тепло та / або речовину.
Ентропія
Ви можете мислити ентропію як міру теплової енергії системи або як міру розладу системи. Щоб побачити, як вони пов’язані, подумайте про склянку води, яка замерзає. Коли ви забираєте теплову енергію у води, молекули, які рухались вільно і випадково, замикались у твердому і дуже впорядкованому крижаному кристалі. У цьому випадку зміна ентропії для системи була негативною; вона стала менш безладною. На рівні Всесвіту ентропія завжди збільшується.
Зв'язок з температурою
На ентальпію та ентропію впливає температура. Якщо ви додасте тепло в систему, ви збільшите і ентропію, і ентальпію. Температура також включається як незалежний фактор при розрахунку вільної енергії Гіббса. Ви обчислюєте зміну вільної енергії Гіббса, помноживши температуру на зміну ентропії та віднявши добуток від зміни ентальпії для системи. З цього видно, що температура може різко змінити вільну енергію Гіббса.
Актуальність хімічних реакцій
Вміння розраховувати вільну енергію Гіббса дуже важливо, оскільки ви можете використовувати її для визначення того, наскільки ймовірною може бути реакція. Негативна ентальпія та позитивна ентропія сприяють подальшій реакції. Позитивна ентальпія та негативна ентропія не сприяють подальшій реакції; ці реакції йтимуть у зворотному напрямку, незалежно від температури. Коли один фактор сприяє реакції, а інший - ні, температура визначає, в якому напрямку буде йти реакція. Якщо зміна вільної енергії Гіббса буде негативним, реакція буде йти вперед; якщо воно позитивне, воно піде навпаки. Коли воно дорівнює нулю, реакція знаходиться в рівновазі.
