Зміст
Швидше за все, перші хімічні реакції, які ви вивчали в школі, рухалися в одному напрямку; наприклад, оцет налили в харчову соду, щоб зробити «вулкан». Насправді більшість реакцій слід проілюструвати стрілкою, що вказує у кожному напрямку, тобто реакція може йти обома напрямами. Визначення вільної енергії Гіббса системи пропонує спосіб визначити, чи одна стрілка значно більша за іншу; тобто чи реакція майже завжди йде в одному напрямку, чи вони обидва близькі до однакового розміру? В останньому випадку реакція настільки ж ймовірна, що йтиме в одну сторону, ніж в іншу. Три найважливіші фактори обчислення вільної енергії Гіббса - 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 - це ні потенційна енергія молекулярних зв’язків, ні кінетична енергія рухомої системи. Молекули в твердому тілі рухаються набагато менше, ніж у газу, тому тверда речовина має меншу ентальпію. Інші фактори обчислення ентальпії - це тиск і об'єм системи, які є найбільш важливими в газовій системі. Ентальфія змінюється під час роботи в системі, або якщо ви додаєте або віднімаєте тепло та / або речовини.
Ентропія
Ентропію можна розглядати як міру теплової енергії системи або як міру розладу системи. Щоб побачити, як вони пов’язані між собою, подумайте про склянку води, яка замерзає. Коли ви відводите теплову енергію від води, молекули, які рухаються вільно і випадковим чином, замикаються у твердому і дуже впорядкованому кристалі льоду. У цьому випадку зміна ентропії для системи була негативною; вона стала менш невпорядкованою. На рівні Всесвіту ентропія постійно зростає.
Відношення до температури
На температуру впливає ентальпія та ентропія. Якщо ви додасте тепло в систему, ви збільшите і ентропію, і ентальпію. Температура також включена як незалежний чинник для обчислення вільної енергії Гіббса. Ви обчислюєте зміну вільної енергії Гіббса шляхом множення температури на зміну ентропії та віднімання продукту від зміни ентальпії для системи. З цього видно, що температура може різко змінити вільну енергію Гіббса.
Актуальність у хімічних реакціях
Можливість обчислити вільну енергію Гіббса важлива, оскільки ви можете використовувати її для визначення, наскільки ймовірною є реакція. Негативна ентальпія та позитивна ентропія сприяють подальшій реакції. Позитивна ентальпія та негативна ентропія не сприяють подальшій реакції; ці реакції будуть йти 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 негативною, реакція піде вперед; якщо він позитивний, він піде в зворотному напрямку. Коли він дорівнює нулю, реакція знаходиться в рівновазі.