Sisältö
Todennäköisesti ensimmäiset koulussa tutkimasi kemialliset reaktiot siirtyivät yhteen suuntaan; esimerkiksi etikkaa kaadetaan ruokasoodaan "tulivuoren" tekemiseksi. Todellisuudessa suurin osa reaktioista tulisi kuvata nuolella, joka osoittaa kumpaankin suuntaan, mikä tarkoittaa, että reaktio voi kulkea kumpaankin suuntaan. Järjestelmän Gibbs-vapaan energian selvittäminen tarjoaa tavan määrittää, onko yksi nuoli paljon suurempi kuin toinen; ts. kulkeeko reaktio melkein aina yhteen suuntaan vai ovatko ne molemmat lähellä samaa kokoa? Jälkimmäisessä tapauksessa reaktio kulkee yhtä todennäköisesti yhtä suuntaan kuin toinen. Kolme kriittistä tekijää Gibbs-vapaan energian laskemisessa ovat entalpia, entropia ja lämpötila.
entalpia
Entalpia on mitta siitä, kuinka paljon energiaa järjestelmä sisältää. Entalpian pääkomponentti on sisäinen energia tai molekyylien satunnaisliikkeestä peräisin oleva energia. Entalpia ei ole molekyylisidosten potentiaalinen energia eikä liikkuvan järjestelmän kineettinen energia. Kiinteän aineen molekyylit liikkuvat paljon vähemmän kuin kaasun molekyylit, joten kiinteällä aineella on vähemmän entalpiaa. Muita entalpian laskennassa käytettäviä tekijöitä ovat järjestelmän paine ja tilavuus, jotka ovat tärkeimmät kaasujärjestelmässä. Entalfiikka muuttuu, kun työskentelet järjestelmällä tai jos lisäät tai vähennä lämpöä ja / tai asiaa.
Haje
Entropiaa voidaan ajatella järjestelmän lämpöenergian mittauksena tai järjestelmän häiriön mitattuna. Ajattele lasillinen vettä, joka jäätyy, jotta näet kuinka nämä kaksi toisiinsa liittyvät. Kun otat lämpöenergian pois vedestä, vapaasti ja satunnaisesti liikkuvat molekyylit lukittuvat kiinteään ja hyvin järjestettyyn jääkiteeseen. Tässä tapauksessa järjestelmän entropian muutos oli negatiivinen; siitä tuli vähemmän epäjärjestys. Universumin tasolla entropia kasvaa jatkuvasti.
Suhde lämpötilaan
Entalpiaan ja entropiaan vaikuttaa lämpötila. Jos lisäät lämpöä järjestelmään, lisäät sekä entropiaa että entalpiaa. Lämpötila sisällytetään myös itsenäiseksi tekijäksi laskettaessa Gibbs-ilmaista energiaa. Lasketaan Gibbs-vapaan energian muutos kertomalla lämpötila entropian muutoksella ja vähentämällä tuote järjestelmän entalpian muutoksesta. Tästä voit nähdä, että lämpötila voi muuttaa dramaattisesti Gibbsin vapaata energiaa.
Relevanssi kemiallisissa reaktioissa
Gibbs-vapaan energian laskenta on tärkeää, koska sen avulla voit määrittää reaktion todennäköisyyden. Negatiivinen entalpia ja positiivinen entropia suosivat reaktiota eteenpäin. Positiivinen entalpia ja negatiivinen entropia eivät suosi eteenpäin suuntautuvaa reaktiota; nämä reaktiot kulkevat päinvastaiseen suuntaan lämpötilasta riippumatta. Kun yksi tekijä suosii reaktiota ja toinen ei, lämpötila määrää, mihin suuntaan reaktio menee. Jos muutos Gibbsin vapaassa energiassa on negatiivinen, reaktio etenee; jos se on positiivinen, se menee päinvastaiseksi. Kun se on nolla, reaktio on tasapainossa.