Γνωρίστε το Gibbs Free Energy

Στη θερμοδυναμική, η ελεύθερη ενέργεια Gibbs είναι επίσης γνωστή ως ελεύθερη ενθαλπία, η οποία είναι ένα θερμοδυναμικό δυναμικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της μέγιστης αναστρέψιμης εργασίας που μπορεί να εκτελέσει ένα θερμοδυναμικό σύστημα σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση (ισοθερμική, ισοβαρική).

Ακριβώς όπως στη μηχανική, όπου η μείωση της δυνητικής ενέργειας ορίζεται ως η μέγιστη εργασία που μπορεί να γίνει, διαφορετικά δυναμικά έχουν διαφορετικές σημασίες. Η ελεύθερη ενεργειακή πτώση Gibbs (Joules in International Units) είναι η μέγιστη ποσότητα εργασιών μη επέκτασης που μπορούν να εξαχθούν από ένα κλειστό θερμοδυναμικό σύστημα. Αυτό το μέγιστο μπορεί να επιτευχθεί μόνο σε μια εντελώς αναστρέψιμη διαδικασία.

Όταν ένα σύστημα αλλάζει αναστρέψιμα από την αρχική του στην τελική του κατάσταση, η μείωση της ενέργειας χωρίς Gibbs ισούται με την εργασία που γίνεται από το σύστημα στο περιβάλλον του, μειωμένη από την εργασία της δύναμης πίεσης.

Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs δηλώνεται με το G και εκφράζεται στην εξίσωση G = H - TS.

Εξίσωση Gibbs Helmholtz:

ΔG = ΔΗ - ΤΔS

Αυτή η εξίσωση είναι πολύ χρήσιμη για την πρόβλεψη του αυθορμητισμού μιας διαδικασίας.

(i) Εάν το ΔG είναι αρνητικό, η διαδικασία είναι αυθόρμητη

(ii) Εάν το ΔG είναι θετικό, η διαδικασία δεν είναι αυθόρμητη

(iii) Εάν ισούται με μηδέν, η διαδικασία βρίσκεται σε ισορροπία

(Διαβάστε επίσης: Γνωριμία με τον νόμο του Boyle)

Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs, αρχικά αποκαλούμενη διαθέσιμη ενέργεια, αναπτύχθηκε το 1870 από τον Αμερικανό επιστήμονα Josiah Willard Gibbs. Το 1873, ο Gibbs περιέγραψε αυτήν την "διαθέσιμη ενέργεια" ως:

"Η μεγαλύτερη ποσότητα μηχανικής εργασίας που μπορεί να αποκτηθεί από μια ουσία σε μια συγκεκριμένη ποσότητα σε μια δεδομένη αρχική κατάσταση, χωρίς αύξηση της ποσότητας όγκου ή επιτρέποντας τη ροή της θερμότητας προς ή από το εξωτερικό του αντικειμένου, εκτός από τις διαδικασίες κλεισίματος που παραμένουν στην αρχική τους κατάσταση."

Η αρχική κατάσταση του αντικειμένου, σύμφωνα με τον Gibbs, πρέπει να είναι τέτοια ώστε "τα αντικείμενα να μπορούν να περάσουν από την κατάσταση απελευθέρωσης ενέργειας μέσω μιας αναστρέψιμης διαδικασίας".

Χωρίς ενέργεια και ισορροπία

Δ r GƟ = Δ r HƟ - TΔ r SƟ = −2.303RTlogK

Οπου:

K είναι η σταθερά ισορροπίας

Το R είναι η σταθερά αερίου

T είναι η θερμοκρασία

Για μια ισχυρή ενδοθερμική αντίδραση, η τιμή Δ r HƟ είναι μεγάλη και θετική. Για αυτήν την τιμή η αντίδραση Κ θα είναι πολύ μικρότερη από 1 και η αντίδραση θα σχηματίσει ένα προϊόν.

Για μια ισχυρή ενδοθερμική αντίδραση, η τιμή Δ r HƟ είναι μεγάλη και αρνητική. Για μια τέτοια αντίδραση η τιμή Κ θα ήταν μεγαλύτερη από 1.