Содержание
Скорее всего, первые химические реакции, которые вы изучали в школе, двигались в одном направлении; например, уксус наливают в пищевую соду, чтобы сделать «вулкан». В действительности, большинство реакций должно быть показано стрелкой, указывающей в каждом направлении, что означает, что реакция может идти обоими путями. Выяснение свободной энергии Гиббса системы позволяет определить, намного ли одна стрелка больше другой; т.е. реакция почти всегда идет в одном направлении, или они оба близки к одному и тому же размеру? В последнем случае реакция так же вероятно пойдет в одну сторону, как и в другую. Тремя критическими факторами при расчете свободной энергии Гиббса являются энтальпия, энтропия и температура.
энтальпия
Энтальпия - это мера того, сколько энергии содержится в системе. Основным компонентом энтальпии является внутренняя энергия, или энергия от случайного движения молекул. Энтальпия не является ни потенциальной энергией молекулярных связей, ни кинетической энергией движущейся системы. Молекулы в твердом теле движутся намного меньше, чем молекулы газа, поэтому у твердого тела меньше энтальпии. Другими факторами при расчете энтальпии являются давление и объем системы, которые являются наиболее важными в газовой системе. Энтальфия меняется, когда вы работаете в системе, или если вы добавляете или вычитаете тепло и / или материю.
Энтропия
Вы можете думать об энтропии как мера тепловой энергии системы или как мера беспорядка системы. Чтобы увидеть, как они связаны, подумайте о стакане воды, которая замерзает. Когда вы отбираете тепловую энергию у воды, молекулы, которые двигались свободно и случайным образом, оказывались запертыми в твердом и очень упорядоченном кристалле льда. В этом случае изменение энтропии для системы было отрицательным; это стало менее беспорядочным. На уровне вселенной энтропия всегда увеличивается.
Отношение к температуре
На энтальпию и энтропию влияет температура. Если вы добавите тепло в систему, вы увеличите энтропию и энтальпию. Температура также учитывается как независимый фактор при расчете свободной энергии Гиббса. Вы рассчитываете изменение свободной энергии Гиббса путем умножения температуры на изменение энтропии и вычитания продукта из изменения энтальпии для системы. Отсюда видно, что температура может резко изменить свободную энергию Гиббса.
Актуальность в химических реакциях
Возможность рассчитать свободную энергию Гиббса важна, потому что вы можете использовать ее для определения вероятности реакции. Отрицательная энтальпия и положительная энтропия способствуют реакции, идущей вперед. Положительная энтальпия и отрицательная энтропия не способствуют реакции, идущей вперед; эти реакции будут идти в обратном направлении, независимо от температуры. Когда один фактор благоприятствует реакции, а другой - нет, температура определяет, в каком направлении пойдет реакция. Если изменение свободной энергии Гиббса отрицательно, реакция пойдет вперед; если оно положительное, оно пойдет наоборот. Когда он равен нулю, реакция находится в равновесии.