Innehåll
Troligen rörde de första kemiska reaktionerna du studerade i skolan i en riktning; till exempel hälls vinäger i bakpulver för att göra en "vulkan." I verkligheten bör de flesta reaktioner illustreras med en pil som pekar i varje riktning, vilket betyder att reaktionen kan gå båda vägarna. Att fastställa Gibbs fria energi i ett system erbjuder ett sätt att avgöra om en pil är mycket större än den andra; dvs. går reaktionen nästan alltid i en riktning, eller är de båda nära samma storlek? I det senare fallet är reaktionen lika sannolik att gå en väg som den andra. De tre kritiska faktorerna för beräkning av Gibbs fria energi är entalpi, entropi och temperatur.
entalpi
Enthalpy är ett mått på hur mycket energi som finns i ett system. En primär komponent i entalpin är intern energi eller energin från molekylers slumpmässiga rörelse. Enthalpy är varken den potentiella energin i molekylbindningar eller den kinetiska energin i ett rörligt system. Molekylerna i ett fast ämne rör sig mycket mindre än de i en gas, så det fasta ämnet har mindre entalpi. De andra faktorerna för att beräkna entalpin är trycket och volymen hos systemet, som är viktigast i ett gassystem. Enthalfi ändras när du arbetar med ett system, eller om du lägger till eller drar bort värme och / eller materia.
Entropi
Du kan tänka på entropi som ett mått på ett systems termiska energi eller som ett mått på systemets störning. För att se hur de två är relaterade, tänk på ett glas vatten som fryser. När du tar värmeenergi bort från vattnet blir molekylerna som rör sig fritt och slumpmässigt låsta i en fast och mycket ordnad iskristall. I detta fall var förändringen i entropi för systemet negativ; det blev mindre oroligt. På universums nivå ökar entropin alltid.
Förhållande till temperatur
Entalpi och entropi påverkas av temperaturen. Om du lägger till värme till systemet ökar du både entropi och entalpi. Temperaturen ingår också som en oberoende faktor vid beräkningen av Gibbs fri energi. Du beräknar förändringen i Gibbs fria energi genom att multiplicera temperaturen med förändringen i entropi och subtrahera produkten från förändringen i entalpi för systemet. Från detta kan du se att temperaturen dramatiskt kan förändra Gibbs fria energi.
Relevans i kemiska reaktioner
Att kunna beräkna Gibbs fria energi är viktigt eftersom du kan använda den för att bestämma hur troligt att en reaktion kommer att inträffa. Negativ entalpi och positiv entropi gynnar en reaktion framöver. Positiv entalpi och negativ entropi föredrar inte en reaktion framöver; dessa reaktioner går i motsatt riktning, oavsett temperatur. När en faktor gynnar reaktionen och den andra inte, bestämmer temperaturen vilken riktning reaktionen kommer att gå. Om förändringen i Gibbs fria energi är negativ, kommer reaktionen att fortsätta; om det är positivt, kommer det att gå omvänd. När det är noll är reaktionen i jämvikt.