Zawartość
Najprawdopodobniej pierwsze reakcje chemiczne, które studiowałeś w szkole, ruszyły w jednym kierunku; na przykład ocet wlewa się do sody oczyszczonej, tworząc „wulkan”. W rzeczywistości większość reakcji należy zilustrować strzałką skierowaną w każdym kierunku, co oznacza, że reakcja może przebiegać w obie strony. Ustalenie darmowej energii Gibbsa w systemie oferuje sposób ustalenia, czy jedna strzała jest znacznie większa od drugiej; tzn. czy reakcja prawie zawsze przebiega w jednym kierunku, czy oba są zbliżone do tego samego rozmiaru? W tym drugim przypadku reakcja może przebiegać w jedną stronę w drugą stronę. Trzy krytyczne czynniki w obliczaniu energii swobodnej Gibbsa to entalpia, entropia i temperatura.
Entalpia
Entalpia jest miarą ilości energii zawartej w systemie. Podstawowym składnikiem entalpii jest energia wewnętrzna lub energia z przypadkowego ruchu cząsteczek. Entalpia nie jest ani energią potencjalną wiązań molekularnych, ani energią kinetyczną poruszającego się układu. Cząsteczki w ciele poruszają się znacznie mniej niż cząsteczki gazu, więc ciało stałe ma mniej entalpii. Innymi czynnikami przy obliczaniu entalpii są ciśnienie i objętość układu, które są najważniejsze w układzie gazowym. Entalphy zmienia się podczas pracy w systemie lub dodawania lub odejmowania ciepła i / lub materii.
Entropia
Można myśleć o entropii jako o miarie energii cieplnej układu lub o miarie nieuporządkowania układu. Aby zobaczyć, jak oba są ze sobą powiązane, pomyśl o szklance wody, która zamarza. Kiedy zabierasz energię cieplną z wody, cząsteczki, które poruszały się swobodnie i losowo, zostają zamknięte w solidny i bardzo uporządkowany kryształ lodu. W tym przypadku zmiana entropii dla systemu była ujemna; stał się mniej nieuporządkowany. Na poziomie wszechświata entropia stale rośnie.
Związek z temperaturą
Na entalpię i entropię ma wpływ temperatura. Jeśli dodasz ciepło do systemu, zwiększysz zarówno entropię, jak i entalpię. Temperatura jest również uwzględniana jako niezależny czynnik w obliczaniu darmowej energii Gibbsa. Obliczasz zmianę energii swobodnej Gibbsa, mnożąc temperaturę przez zmianę entropii i odejmując iloczyn produktu od zmiany entalpii dla systemu. Z tego widać, że temperatura może radykalnie zmienić darmową energię Gibbsa.
Znaczenie w reakcjach chemicznych
Możliwość obliczenia darmowej energii Gibbsa jest ważna, ponieważ można jej użyć do określenia prawdopodobieństwa wystąpienia reakcji. Negatywna entalpia i pozytywna entropia sprzyjają reakcji na przyszłość. Pozytywna entalpia i negatywna entropia nie sprzyjają reakcji na przyszłość; reakcje te przebiegną w odwrotnym kierunku, niezależnie od temperatury. Gdy jeden czynnik faworyzuje reakcję, a drugi nie, temperatura określa kierunek reakcji. Jeśli zmiana w darmowej energii Gibbsa jest ujemna, reakcja pójdzie naprzód; jeśli jest dodatni, przejdzie w drugą stronę. Gdy wynosi zero, reakcja jest w równowadze.