Tartalom
Valószínűleg az első kémiai reakciók, amelyeket az iskolában tanulmányoztak, egy irányba haladtak; például ecetet öntsünk szódabikarbónaba, hogy "vulkánt" készítsünk. A valóságban a legtöbb reakciót egy irányba mutató nyíllal kell szemléltetni, azaz a reakció mindkét irányba mehet. A rendszer Gibbs-mentes energiájának megismerése lehetőséget kínál annak meghatározására, hogy az egyik nyíl sokkal nagyobb-e a másiknál; vagyis a reakció szinte mindig egy irányba megy, vagy mindkettő közel azonos méretű? Az utóbbi esetben a reakció ugyanolyan valószínűsíthetően egy irányba halad, mint a másik. A Gibbs szabad energia kiszámításának három kritikus tényezõje az entalpia, az entrópia és a hõmérséklet.
entalpia
Az entalpia azt mutatja, hogy mennyi energiát tartalmaz a rendszer. Az entalpia elsődleges alkotóeleme a belső energia, vagy a molekulák véletlenszerű mozgásából származó energia. Az entalpia sem a molekuláris kötések potenciális energiája, sem a mozgó rendszer kinetikus energiája. A szilárd anyagban lévő molekulák sokkal kevésbé mozognak, mint egy gázé, tehát a szilárd anyag kevésbé entalpiás. Az entalpia kiszámításának további tényezői a rendszer nyomása és térfogata, amelyek a gázrendszerekben a legfontosabbak. Az enthália megváltozik, ha egy rendszeren dolgozik, vagy ha hőt és / vagy anyagot hozzáad vagy von le.
Az entrópia
Az entrópiát a rendszer hőenergiájának vagy a rendszer rendellenességének mérésére gondolhatja. Ha látni szeretné, hogy a kettő összefügg, gondoljon egy pohár vízre, amely lefagy. Ha elveszi a hőenergiát a vízből, akkor a szabadon és véletlenszerűen mozgó molekulák rögzülnek egy szilárd és nagyon rendezett jégkristályba. Ebben az esetben a rendszer entrópiájának változása negatív volt; kevésbé rendetlen lett. Az univerzum szintjén az entrópia mindig növekszik.
Kapcsolat a hőmérséklettel
Az entalpiát és az entrópiát a hőmérséklet befolyásolja. Ha hőt ad a rendszerhez, növekedni fog mind az entrópia, mind az entalpia. A hőmérsékletet független tényezőként is figyelembe veszik a Gibbs-mentes energia kiszámításakor. A Gibbs-mentes energia változását kiszámítja úgy, hogy a hőmérsékletet megszorozza az entrópia változásával, és kivonja a terméket a rendszer entalpiájának változásából. Ebből látható, hogy a hőmérséklet drámaian megváltoztathatja a Gibbs szabad energiáját.
Relevancia a kémiai reakciókban
Fontos az a képesség, hogy kiszámítsuk a Gibbs-mentes energiát, mivel felhasználhatjuk annak meghatározására, hogy a reakció milyen valószínűsíthető. A negatív entalpia és a pozitív entrópia kedvezi a továbblépő reakciót. A pozitív entalpia és a negatív entrópia nem támogatják a továbblépő reakciót; ezek a reakciók fordított irányba haladnak, hőmérséklettől függetlenül. Ha az egyik tényező kedvez a reakciónak, a másik nem, akkor a hőmérséklet határozza meg, hogy a reakció melyik irányba megy. Ha a Gibbs-mentes energia változása negatív, akkor a reakció tovább halad; ha pozitív, fordítva fordul. Ha nulla, a reakció egyensúlyi.