Ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς

Σしぐまτたうηいーた θερμοδυναμική, ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς (Gibbs) (ηいーた IUPAC συνιστά τたうοおみくろん όνομα: ενέργεια Γκιμπς ή συνάρτηση Γκιμπς· γνωστή επίσης ως ελεύθερη ενθαλπία γがんまιいおたαあるふぁ νにゅーαあるふぁ διαφοροποιηθεί από τたうηいーたνにゅー ελεύθερη ενέργεια Χέλμχολτζ) είναι ένα θερμοδυναμικό δυναμικό πぱいοおみくろんυうぷしろん μετρά τたうηいーた "χρησιμότητα" ή τたうηいーたνにゅー αρχικοποίηση της διεργασίας τたうοおみくろんυうぷしろん έργου πぱいοおみくろんυうぷしろん λαμβάνεται από ένα θερμοδυναμικό σύστημα σしぐまεいぷしろん μみゅーιいおたαあるふぁ σταθερή θερμοκρασία κかっぱαあるふぁιいおた πίεση (ισόθερμη κかっぱαあるふぁιいおた ισοβαρής διεργασία). Ακριβώς όπως σしぐまτたうηいーた μηχανική, όπου ηいーた δυναμική ενέργεια ορίζεται ως ηいーた δυνατότητα παραγωγής έργου, παρομοίως διαφορετικά δυναμικά έχουν διαφορετικές έννοιες. Ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς (σしぐまεいぷしろん μονάδες SI μετριέται σしぐまεいぷしろん J/mol) είναι ηいーた μέγιστη ποσότητα τたうοおみくろんυうぷしろん μみゅーηいーた εκτατού έργου πぱいοおみくろんυうぷしろん μπορεί νにゅーαあるふぁ εξαχθεί από ένα κλειστό σύστημα (ένα σύστημα πぱいοおみくろんυうぷしろん μπορεί νにゅーαあるふぁ ανταλλάξει θερμότητα κかっぱαあるふぁιいおた έργο μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん περιβάλλον τたうοおみくろんυうぷしろん, αλλά όχι ύλη)· αυτό τたうοおみくろん μέγιστο μπορεί νにゅーαあるふぁ επιτευχθεί μόνο μみゅーεいぷしろん μみゅーιいおたαあるふぁ πλήρως αντιστρεπτή μεταβολή. Όταν ένα σύστημα αλλάζει από μみゅーιいおたαあるふぁ σαφώς ορισμένη αρχική κατάσταση σしぐまεいぷしろん μみゅーιいおたαあるふぁ σαφώς ορισμένη τελική κατάσταση, ηいーた μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας Γκιμπς ΔでるたG ισούται μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん ανταλλασσόμενο έργο από τたうοおみくろん σύστημα μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん περιβάλλον τたうοおみくろんυうぷしろん, μείον τたうοおみくろん έργο τたうωおめがνにゅー δυνάμεων πίεσης, κατά τたうηいーた διάρκεια ενός αντιστρεπτού μετασχηματισμού τたうοおみくろんυうぷしろん συστήματος από τたうηいーたνにゅー αρχική σしぐまτたうηいーたνにゅー τελική κατάσταση.

Ηいーた ενέργεια Γκιμπς (αναφέρεται επίσης ως ∆G) είναι επίσης τたうοおみくろん χημικό δυναμικό πぱいοおみくろんυうぷしろん ελαχιστοποιείται όταν ένα σύστημα φτάνει σしぐまτたうηいーたνにゅー ισορροπία σしぐまεいぷしろん σταθερή πίεση κかっぱαあるふぁιいおた θερμοκρασία. Ηいーた παράγωγός της ως προς τたうηいーたνにゅー πρόοδο της αντίδρασης τたうοおみくろんυうぷしろん συστήματος εξαφανίζεται σしぐまτたうοおみくろん σημείο ισορροπίας. Ως τέτοια, είναι ένα βολικό κριτήριο γがんまιいおたαあるふぁ τたうοおみくろん αυθόρμητο τたうωおめがνにゅー διεργασιών σしぐまεいぷしろん σταθερή πίεση κかっぱαあるふぁιいおた θερμοκρασία.

Ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς, αρχικά λεγόταν διαθέσιμη ενέργεια, αναπτύχθηκε τたうηいーた δεκαετία τたうοおみくろんυうぷしろん 1870 από τたうοおみくろんνにゅー Αμερικανό μαθηματικό Τζοσάια Γουίλαρντ Γκιμπς (Josiah Willard Gibbs). Τたうοおみくろん 1873, οおみくろん Γκιμπς περιέγραψε αυτήν τたうηいーた "διαθέσιμη ενέργεια" ως

ηいーた μέγιστη ποσότητα τたうοおみくろんυうぷしろん μηχανικού έργου πぱいοおみくろんυうぷしろん μπορεί νにゅーαあるふぁ ληφθεί από μみゅーιいおたαあるふぁ δεδομένη ποσότητα μιας συγκεκριμένης ουσίας σしぐまεいぷしろん μみゅーιいおたαあるふぁ δεδομένη αρχική κατάσταση, χωρίς αύξηση τたうοおみくろんυうぷしろん συνολικού όγκου τたうοおみくろんυうぷしろん ή χωρίς νにゅーαあるふぁ επιτρέπει σしぐまτたうηいーた θερμότητα νにゅーαあるふぁ περάσει προς ή από εξωτερικά σώματα, εκτός από αυτά πぱいοおみくろんυうぷしろん σしぐまτたうοおみくろん κλείσιμο τたうωおめがνにゅー διεργασιών αφήνονται σしぐまτたうηいーたνにゅー αρχική τους κατάσταση.

Ηいーた αρχική κατάσταση τたうοおみくろんυうぷしろん σώματος, σύμφωνα μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろんνにゅー Γκιμπς, υποτίθεται ότι είναι τέτοια πぱいοおみくろんυうぷしろん "τたうοおみくろん σώμα μπορεί νにゅーαあるふぁ επιτρέψει νにゅーαあるふぁ περάσει από αυτήν σしぐまεいぷしろん καταστάσεις διαχεόμενης ενέργειας από αντιστρεπτές μεταβολές." Τたうοおみくろん 1876 σしぐまτたうοおみくろん έργο τたうοおみくろんυうぷしろん Περί της ισορροπίας τたうωおめがνにゅー ετερογενών ουσιών (On the Equilibrium of Heterogeneous Substances), μみゅーιいおたαあるふぁ γραφική ανάλυση χημικών συστημάτων πολλαπλών φάσεων, ανέπτυξε τις ιδέες τたうοおみくろんυうぷしろん γがんまιいおたαあるふぁ τたうηいーた χημική ελεύθερη ενέργεια πλήρως.

Επισκόπηση

Ηいーた αντίδραση C_(s)^{διαμάντι}⇒C_(s)^{γραφίτης} έχει μみゅーιいおたαあるふぁ αρνητική μεταβολή σしぐまτたうηいーたνにゅー ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς κかっぱαあるふぁιいおた κかっぱαあるふぁιいおた συνεπώς ευνοείται θερμοδυναμικά στους 25°C κかっぱαあるふぁιいおた 1 atm. Όμως, αあるふぁνにゅー κかっぱαあるふぁιいおた ευνοείται, είναι τόσο αργή πぱいοおみくろんυうぷしろん δでるたεいぷしろんνにゅー παρατηρείται. Αあるふぁνにゅー μみゅーιいおたαあるふぁ αντίδραση ευνοείται θερμοδυναμικά δでるたεいぷしろんνにゅー καθορίζεται οおみくろん ρυθμός της.

Γがんまιいおたαあるふぁ συστήματα πぱいοおみくろんυうぷしろん αντιδρούν σしぐまεいぷしろん STP (ή σしぐまεいぷしろん οποιαδήποτε άλλη σταθερή θερμοκρασία κかっぱαあるふぁιいおた πίεση), υπάρχει μみゅーιいおたαあるふぁ γενική φυσική τάση επίτευξης ενός ελάχιστου της ελεύθερης ενέργειας.

Μみゅーιいおたαあるふぁ ποσοτική μέτρηση εύνοιας μιας δεδομένης αντίδρασης είναι ηいーた διαφορά ΔでるたG σしぐまτたうηいーたνにゅー ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς πぱいοおみくろんυうぷしろん επηρεάζεται (ή μπορεί νにゅーαあるふぁ επηρεάζεται) από τたうηいーたνにゅー εξέλιξη της αντίδρασης. Όταν τたうαあるふぁ υπολογιζόμενα ενεργειακά στοιχεία της διεργασίας δείχνουν ότι ηいーた ΔでるたG είναι αρνητική, αυτό σημαίνει ότι ηいーた αντίδραση θしーたαあるふぁ ευνοείται κかっぱαあるふぁιいおた θしーたαあるふぁ απελευθερώσει ενέργεια. Ηいーた απελευθερούμενη ενέργεια ισούται μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん μέγιστο έργο πぱいοおみくろんυうぷしろん μπορεί νにゅーαあるふぁ εκτελεστεί ως αποτέλεσμα της χημικής αντίδρασης. Αντίθετα, αあるふぁνにゅー οおみくろんιいおた συνθήκες δείχνουν μみゅーιいおたαあるふぁ θετική ΔでるたG, τότε ηいーた ενέργεια—μみゅーεいぷしろん τたうηいーた μορφή τたうοおみくろんυうぷしろん έργου—θしーたαあるふぁ πρέπει νにゅーαあるふぁ προστεθεί σしぐまτたうοおみくろん αντιδρόν σύστημα γがんまιいおたαあるふぁ νにゅーαあるふぁ γίνει ηいーた αντίδραση.

Ηいーた εξίσωση μπορεί επίσης νにゅーαあるふぁ ιδωθεί από τたうηいーた άποψη τたうοおみくろんυうぷしろん συστήματος πぱいοおみくろんυうぷしろん λαμβάνεται μαζί μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん περιβάλλον τたうοおみくろんυうぷしろん (τたうοおみくろん υπόλοιπο τたうοおみくろんυうぷしろん σύμπαντος). Ας υποθέσουμε πρώτα ότι ηいーた δεδομένη αντίδραση είναι ηいーた μόνη πぱいοおみくろんυうぷしろん λαμβάνει χώρα. Τότε ηいーた εκλυόμενη ή απορροφούμενη ενέργεια από τたうοおみくろん σύστημα ισούται μみゅーεいぷしろん τたうηいーたνにゅー εντροπία πぱいοおみくろんυうぷしろん πρέπει νにゅーαあるふぁ απορροφήσει ή νにゅーαあるふぁ ελευθερώσει τたうοおみくろん περιβάλλον αντίστοιχα. Ηいーた αντίδραση θしーたαあるふぁ επιτραπεί μόνο αあるふぁνにゅー ηいーた συνολική μεταβολή της εντροπίας τたうοおみくろんυうぷしろん σύμπαντος είναι μηδέν ή θετική. Αυτό αντικατοπτρίζεται σしぐまεいぷしろん μみゅーιいおたαあるふぁ αρνητική ΔでるたG κかっぱαあるふぁιいおた ηいーた αντίδραση λέγεται εξώεργη.

Αあるふぁνにゅー επιτρέψουμε σしぐまεいぷしろん άλλες αντιδράσεις νにゅーαあるふぁ λάβουν χώρα επιπλέον, τότε μみゅーιいおたαあるふぁ αλλιώς ενδόεργη χημική αντίδραση (μみゅーιいおたαあるふぁ μみゅーεいぷしろん θετικό ΔでるたG) μπορεί νにゅーαあるふぁ γίνει. Ηいーた είσοδος θερμότητας σしぐまεいぷしろん μみゅーιいおたαあるふぁ εγγενώς ενδόεργη αντίδραση, όπως σしぐまτたうηいーたνにゅー αντίδραση μετατροπής της κυκλοεξανόλης σしぐまεいぷしろん κυκλοεξένιο, μπορεί νにゅーαあるふぁ θεωρηθεί ως συνδυασμός μιας μみゅーηいーた ευνοϊκής αντίδρασης (απόσπαση) μみゅーεいぷしろん μみゅーιいおたαあるふぁ ευνοϊκή αντίδραση (καύση κάρβουνου ή άλλης πηγής θερμότητας) τέτοια πぱいοおみくろんυうぷしろん ηいーた συνολική μεταβολή της εντροπίας τたうοおみくろんυうぷしろん σύμπαντος νにゅーαあるふぁ είναι μεγαλύτερη ή ίση μみゅーεいぷしろん μηδέν, κάνοντας τたうηいーた συνολική διαφορά ελεύθερης ενέργειας Γκιμπς τたうωおめがνにゅー συζευγμένων αντιδράσεων αρνητική.

Μみゅーεいぷしろん τたうηいーたνにゅー παραδοσιακή χρήση, οおみくろん όρος "ελεύθερη" περιελήφθη σしぐまτたうηいーたνにゅー "ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς" γがんまιいおたαあるふぁ νにゅーαあるふぁ εννοεί "διαθέσιμη μみゅーεいぷしろん τたうηいーた μορφή χρήσιμου έργου." Οおみくろん χαρακτηρισμός γίνεται πぱいιいおたοおみくろん ακριβής αあるふぁνにゅー προσθέσουμε τたうοおみくろんνにゅー όρο ότι είναι ηいーた διαθέσιμη ενέργεια γがんまιいおたαあるふぁ έργο μみゅーηいーた όγκου. (Μみゅーιいおたαあるふぁ ανάλογη, αλλά ελαφρώς διαφορετική, έννοια τたうοおみくろんυうぷしろん "ελεύθερη" εφαρμόζεται σしぐまεいぷしろん συνδυασμό μみゅーεいぷしろん τたうηいーたνにゅー ελεύθερη ενέργεια Χέλμχολτζ (Helmholtz), γがんまιいおたαあるふぁ συστήματα σしぐまεいぷしろん σταθερή θερμοκρασία). Όμως, ένας αυξανόμενος αριθμός βιβλίων κかっぱαあるふぁιいおた άρθρων σしぐまεいぷしろん περιοδικά δでるたεいぷしろんνにゅー συμπεριλαμβάνει τたうοおみくろんνにゅー όρο "ελεύθερη", αναφερόμενα σしぐまτたうοおみくろん G ως απλώς "ενέργεια Γκιμπς". Αυτό είναι τたうοおみくろん αποτέλεσμα μιας συνάντησης τたうοおみくろんυうぷしろん 1988 της IUPAC γがんまιいおたαあるふぁ τたうοおみくろんνにゅー καθορισμό ενιαίας ορολογίας γがんまιいおたαあるふぁ τたうηいーた διεθνή επιστημονική κοινότητα, σしぐまτたうηいーたνにゅー οποία τたうοおみくろん επίθετο ‘ελεύθερη’ υποθετικά καταργήθηκε. Αυτό τたうοおみくろん πρότυπο, όμως, δでるたεいぷしろんνにゅー έχει υιοθετηθεί ακόμα παγκοσμίως.

Ιστορικό

Τたうοおみくろん μέγεθος πぱいοおみくろんυうぷしろん λέγεται "ελεύθερη ενέργεια" είναι μみゅーιいおたαあるふぁ πぱいιいおたοおみくろん προχωρημένη κかっぱαあるふぁιいおた ακριβής αντικατάσταση τたうοおみくろんυうぷしろん παρωχημένου όρου συγγένεια, πぱいοおみくろんυうぷしろん χρησιμοποιήθηκε από τους χημικούς τたうαあるふぁ προηγούμενα χρόνια γがんまιいおたαあるふぁ νにゅーαあるふぁ περιγράψει τたうηいーた δύναμη πぱいοおみくろんυうぷしろん προκαλούσε χημικές αντιδράσεις.

Τたうοおみくろん 1873, οおみくろん Γκιμπς δημοσίευσε τたうοおみくろん Μみゅーιいおたαあるふぁ μέθοδος γεωμετρικής αναπαράστασης τたうωおめがνにゅー θερμοδυναμικών ιδιοτήτων τたうωおめがνにゅー ουσιών μέσω επιφανειών, σしぐまτたうηいーたνにゅー οποία περιέγραφε τις αρχές της νέας τたうοおみくろんυうぷしろん εξίσωσης πぱいοおみくろんυうぷしろん μπορούσε νにゅーαあるふぁ προβλέψει ή νにゅーαあるふぁ εκτιμήσει τις τάσεις τたうωおめがνにゅー διαφόρων φυσικών διεργασιών ώστε νにゅーαあるふぁ προκύψει πότε τたうαあるふぁ σώματα ή τたうαあるふぁ συστήματα φέρονται σしぐまεいぷしろん επαφή. Μελετώντας τις αλληλεπιδράσεις τたうωおめがνにゅー ομογενών ουσιών σしぐまεいぷしろん επαφή, δηλαδή, σωμάτων πぱいοおみくろんυうぷしろん αποτελούνται μερικώς από στερεό, μερικώς από υγρό κかっぱαあるふぁιいおた μερικώς από ατμούς, κかっぱαあるふぁιいおた χρησιμοποιώντας ένα τρισδιάστατο γράφημα όγκου-εντροπίας-εσωτερικής ενέργειας, οおみくろん Γκιμπς μπόρεσε νにゅーαあるふぁ προσδιορίσει τρεις καταστάσεις ισορροπίας, δηλαδή, "αναγκαστικά σταθερή", "ουδέτερη" κかっぱαあるふぁιいおた "ασταθή", καθώς κかっぱαあるふぁιいおた αあるふぁνにゅー θしーたαあるふぁ προκύπτουν μεταβολές ή όχι.

Κατόπιν, τたうοおみくろん 1882, οおみくろん Γερμανός επιστήμονας Χέρμαν φふぁいοおみくろんνにゅー Χέλμχολτζ (Hermann von Helmholtz) χαρακτήρισε τたうηいーた συγγένεια ως τたうηいーた μέγιστη ποσότητα έργου πぱいοおみくろんυうぷしろん μπορεί νにゅーαあるふぁ αποκτηθεί όταν ηいーた αντίδραση εκτελείται μみゅーεいぷしろん αντιστρεπτό τρόπο, πぱい.χかい., ηλεκτρικό έργο σしぐまεいぷしろん ένα αντιστρεπτό κελί. Τたうοおみくろん μέγιστο έργο συνεπώς θεωρείται ως ηいーた μείωση της ελεύθερης, ή διαθέσιμης, ενέργειας τたうοおみくろんυうぷしろん συστήματος (ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς G σしぐまεいぷしろん T = σταθερή, P = σταθερή ή ελεύθερη ενέργεια Χέλμχολτζ F σしぐまεいぷしろん T = σταθερή, V = σταθερό), ενώ ηいーた εκπεμπόμενη θερμότητα είναι συνήθως ένα μέτρο της μείωσης της συνολικής ενέργειας τたうοおみくろんυうぷしろん συστήματος (εσωτερική ενέργεια). Συνεπώς, G ή F είναι ηいーた ποσότητα της "ελεύθερης" ενέργειας γがんまιいおたαあるふぁ έργο στις δεδομένες συνθήκες.

Μέχρι αυτό τたうοおみくろん σημείο, ηいーた γενική άποψη ήταν ότι: "όλες οおみくろんιいおた χημικές αντιδράσεις οδηγούν τたうοおみくろん σύστημα σしぐまεいぷしろん μみゅーιいおたαあるふぁ κατάσταση ισορροπίας σしぐまτたうηいーたνにゅー οποία οおみくろんιいおた συγγένειες τたうωおめがνにゅー αντιδράσεων εξαφανίζονται". Σしぐまτたうαあるふぁ επόμενα εξήντα χρόνια, οおみくろん όρος συγγένεια αντικαταστάθηκε μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろんνにゅー όρο ελεύθερη ενέργεια. Σύμφωνα μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろんνにゅー ιστορικό της χημείας Henry Leicester, τたうοおみくろん σημαντικό βιβλίο τたうοおみくろんυうぷしろん 1923 Θερμοδυναμική κかっぱαあるふぁιいおた ηいーた ελεύθερη ενέργεια τたうωおめがνにゅー χημικών ουσιών"από τους Gilbert N. Lewis κかっぱαあるふぁιいおた Merle Randall οδήγησε σしぐまτたうηいーたνにゅー αντικατάσταση τたうοおみくろんυうぷしろん όρου "συγγένεια" μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろんνにゅー όρο "ελεύθερη ενέργεια" σしぐまτたうοおみくろん μεγαλύτερο μέρος τたうοおみくろんυうぷしろん αγγλόφωνου κόσμου.

Γραφική ερμηνεία

Ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς ορίστηκε αρχικά γραφικά. Τたうοおみくろん 1873, οおみくろん Αμερικανός Τζοσάια Γουίλαρντ Γκιμπς δημοσίευσε τたうηいーたνにゅー πρώτη θερμοδυναμική τたうοおみくろんυうぷしろん εργασία, όπου χρησιμοποίησε δύο συντεταγμένες τたうηいーたνにゅー εντροπία κかっぱαあるふぁιいおた τたうοおみくろんνにゅー όγκο γがんまιいおたαあるふぁ νにゅーαあるふぁ αναπαραστήσει τたうηいーたνにゅー κατάσταση τたうοおみくろんυうぷしろん σώματος. Σしぐまτたうηいーた συνέχεια πρόσθεσε τたうηいーたνにゅー τρίτη συντεταγμένη της ενέργειας τたうοおみくろんυうぷしろん σώματος, πぱいοおみくろんυうぷしろん ορίστηκε σしぐまεいぷしろん τρία διαγράμματα. Τたうοおみくろん 1874, οおみくろん Σκωτζέζος φυσικός Τζέιμς Κかっぱλらむだεいぷしろんρろーκかっぱ Μάξγουελ χρησιμοποίησε τたうαあるふぁ σχήματα τたうοおみくろんυうぷしろん Γκιμπς γがんまιいおたαあるふぁ νにゅーαあるふぁ κάνει μみゅーιいおたαあるふぁ τρισδιάστατη θερμοδυναμική επιφάνεια ενέργειας-εντροπίας-όγκου μιας εικονικής ουσίας παρόμοιας μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん νερό. Συνεπώς, γがんまιいおたαあるふぁ νにゅーαあるふぁ καταλάβει κανείς τたうηいーたνにゅー πολύ δύσκολη έννοια της ελεύθερης ενέργειας Γκιμπς, πρέπει νにゅーαあるふぁ καταλάβει τたうηいーたνにゅー ερμηνεία της, όπως τたうηいーたνにゅー όρισε αρχικά οおみくろん Γκιμπς σしぐまτたうηいーたνにゅー ενότητα AB σしぐまτたうοおみくろん διάγραμμα τたうοおみくろんυうぷしろん 3 κかっぱαあるふぁιいおた όπως οおみくろん Μάξγουελ λάξευσε αυτήν τたうηいーたνにゅー ενότητα σしぐまτたうοおみくろん τρισδιάστατο σχήμα επιφανείας.

Τたうαあるふぁ διαγράμματα δύο κかっぱαあるふぁιいおた τρία (επάνω αριστερά κかっぱαあるふぁιいおた μέση) τたうοおみくろんυうぷしろん Αμερικανού Τζοσάια Γουίλαρντ Γκιμπς χρησιμοποίησε οおみくろん Σκοτσέζος φυσικός Τζέιμς Κかっぱλらむだεいぷしろんρろーκかっぱ Μάξγουελ τたうοおみくろん 1874 για νにゅーαあるふぁ δημιουργήσει ένα τρισδιάστατο διάγραμμα εντροπίας (x), όγκου (y), ενέργειας (z) θερμοδυναμικής επιφάνειας γがんまιいおたαあるふぁ μみゅーιいおたαあるふぁ εικονική ουσία παρόμοια μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん νερό, αντιμεταθέτοντας τたうαあるふぁ δύο διαγράμματα τたうοおみくろんυうぷしろん Γκιμπς (πάνω δεξιά) σしぐまεいぷしろん συντεταγμένες όγκου-εντροπίας (πぱいοおみくろんυうぷしろん αντιμετατέθηκαν σしぐまτたうοおみくろん τέλος τたうοおみくろんυうぷしろん κύβου) κかっぱαあるふぁιいおた σしぐまεいぷしろん συντεταγμένες ενέργειας-εντροπίας (πぱいοおみくろんυうぷしろん αντιστράφηκαν πάνω-κάτω κかっぱαあるふぁιいおた αντιμετατέθηκαν πίσω σしぐまτたうοおみくろんνにゅー κύβο), αντιστοίχως, σしぐまεいぷしろん τρισδιάστατες καρτεσιανές συντεταγμένες· ηいーた περιοχή AB ήταν ηいーた πρώτη τρισδιάστατη αναπαράσταση της ελεύθερης ενέργειας Γκιμπς, αυτό πぱいοおみくろんυうぷしろん οおみくろん Γκιμπς αποκαλούσε "διαθέσιμη ενέργεια"· ηいーた περιοχή AC ήταν ηいーた ικανότητα γがんまιいおたαあるふぁ εντροπία, πぱいοおみくろんυうぷしろん οおみくろん Γκιμπς όρισε ως "Ηいーた ποσότητα κατά τたうηいーたνにゅー οποία μπορεί νにゅーαあるふぁ αυξηθεί ηいーた εντροπία τたうοおみくろんυうぷしろん σώματος χωρίς αλλαγή της ενέργειας τたうοおみくろんυうぷしろん σώματος ή αύξηση τたうοおみくろんυうぷしろん όγκου τたうοおみくろんυうぷしろん.

Ορισμοί

Τたうοおみくろん γράφημα της διαθέσιμης ενέργειας (ελεύθερης ενέργειας) τたうοおみくろんυうぷしろん Γκιμπς, πぱいοおみくろんυうぷしろん δείχνει ένα κάθετο επίπεδο σしぐまτたうοおみくろんνにゅー άξονα τたうοおみくろんυうぷしろん (όγκου) v κかっぱαあるふぁιいおた περνά από τたうοおみくろん σημείο A, πぱいοおみくろんυうぷしろん αναπαριστά τたうηいーたνにゅー αρχική κατάσταση τたうοおみくろんυうぷしろん σώματος. MN είναι τたうοおみくろん τμήμα της επιφάνειας της διαχεόμενης ενέργειας. Qεいぷしろん κかっぱαあるふぁιいおた Qηいーた είναι τμήματα τたうωおめがνにゅー επιπέδων ηいーた = 0 κかっぱαあるふぁιいおた εいぷしろん = 0 κかっぱαあるふぁιいおた συνεπώς είναι παράλληλα προς τους άξονες της (εσωτερικής ενέργειας) εいぷしろん κかっぱαあるふぁιいおた της (εντροπίας) ηいーた, αντίστοιχα. AD κかっぱαあるふぁιいおた AE είναι ηいーた ενέργεια κかっぱαあるふぁιいおた ηいーた εντροπία τたうοおみくろんυうぷしろん σώματος σしぐまτたうηいーたνにゅー αρχική κατάσταση, AB κかっぱαあるふぁιいおた AC ηいーた διαθέσιμη ενέργεια (ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς) τたうοおみくろんυうぷしろん κかっぱαあるふぁιいおた ηいーた ικανότητα γがんまιいおたαあるふぁ εντροπία τたうοおみくろんυうぷしろん (ηいーた ποσότητα κατά τたうηいーたνにゅー οποία ηいーた εντροπία τたうοおみくろんυうぷしろん σώματος μπορεί νにゅーαあるふぁ αυξηθεί χωρίς μεταβολή της ενέργειας τたうοおみくろんυうぷしろん σώματος ή αύξηση τたうοおみくろんυうぷしろん όγκου τたうοおみくろんυうぷしろん) αντίστοιχα.

Ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς ορίζεται ως:

$G(p,T)=U+pV-TS$

πぱいοおみくろんυうぷしろん είναι τたうοおみくろん ίδιο μみゅーεいぷしろん:

$G(p,T)=H-TS$

όπου:

• U είναι ηいーた εσωτερική ενέργεια (μονάδα SI: joule)
• p είναι ηいーた πίεση (μονάδα SI: pascal)
• V είναι οおみくろん όγκος (μονάδα SI: m³)
• T είναι ηいーた θερμοκρασία (μονάδα SI: kelvin)
• S είναι ηいーた εντροπία (μονάδα SI: joule ανά kelvin)
• H είναι ηいーた ενθαλπία (μονάδα SI: joule)

Ηいーた παράσταση γがんまιいおたαあるふぁ τたうηいーたνにゅー απειριοστή αντιστρεπτή μεταβολή σしぐまτたうηいーたνにゅー ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς ως συνάρτησης τたうωおめがνにゅー 'φυσικών μεταβλητών' της p κかっぱαあるふぁιいおた T, γがんまιいおたαあるふぁ ένα ανοικτό θερμοδυναμικό σύστημα, υπόκειται σしぐまτたうηいーたνにゅー εφαρμογή εξωτερικών δυνάμεων (παραδείγματος χάρη ηλεκτρικών ή μαγνητικών) X_i, πぱいοおみくろんυうぷしろん προκαλούν στις εξωτερικές παραμέτρους τたうοおみくろんυうぷしろん συστήματος a_i νにゅーαあるふぁ μεταβληθούν κατά da_i κかっぱαあるふぁιいおた μπορούν νにゅーαあるふぁ παραχθούν ως ακολούθως από τたうοおみくろんνにゅー πρώτο νόμο γがんまιいおたαあるふぁ αντιστρεπτές διεργασίες:

$T\mathrm {d} S=\mathrm {d} U+p\mathrm {d} V-\sum _{i=1}^{k}\mu _{i}\,\mathrm {d} N_{i}+\sum _{i=1}^{n}X_{i}\,\mathrm {d} a_{i}+\cdots$

$\mathrm {d} (TS)-S\mathrm {d} T=\mathrm {d} U+\mathrm {d} (pV)-V\mathrm {d} p-\sum _{i=1}^{k}\mu _{i}\,\mathrm {d} N_{i}+\sum _{i=1}^{n}X_{i}\,\mathrm {d} a_{i}+\cdots$

$\mathrm {d} (U-TS+pV)=V\mathrm {d} p-S\mathrm {d} T+\sum _{i=1}^{k}\mu _{i}\,\mathrm {d} N_{i}-\sum _{i=1}^{n}X_{i}\,\mathrm {d} a_{i}+\cdots$

$\mathrm {d} G=V\mathrm {d} p-S\mathrm {d} T+\sum _{i=1}^{k}\mu _{i}\,\mathrm {d} N_{i}-\sum _{i=1}^{n}X_{i}\,\mathrm {d} a_{i}+\cdots$

όπου:

• μみゅー_i είναι τたうοおみくろん χημικό δυναμικό τたうοおみくろんυうぷしろん χημικού συστατικού i (μονάδα SI: joules ανά σωματίδιο ή joules ανά mole)
• N_i είναι οおみくろん αριθμός σωματιδίων (ή αριθμός τたうωおめがνにゅー moles) πぱいοおみくろんυうぷしろん αποτελεί τたうοおみくろん i χημικό συστατικό.

Αυτή είναι μみゅーιいおたαあるふぁ μορφή της θεμελιώδους εξίσωσης Γκιμπς. Σしぐまτたうηいーたνにゅー απειριοστή παράσταση, οおみくろん όρος πぱいοおみくろんυうぷしろん περιέχει τたうοおみくろん χημικό δυναμικό εξηγεί τις μεταβολές σしぐまτたうηいーたνにゅー ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς ως αποτέλεσμα μιας εισροής ή εκροής τたうωおめがνにゅー σωματιδίων. Μみゅーεいぷしろん άλλα λόγια, ισχύει γがんまιいおたαあるふぁ ένα ανοικτό σύστημα. Γがんまιいおたαあるふぁ ένα κλειστό σύστημα, αυτός οおみくろん όρος μπορεί νにゅーαあるふぁ παραληφθεί.

Οποιοσδήποτε αριθμός επιπρόσθετων όρων μπορεί νにゅーαあるふぁ προστεθεί, ανάλογα μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん συγκεκριμένο εξεταζόμενο σύστημα. Πέρα από τたうοおみくろん μηχανικό έργο, ένα σύστημα μπορεί, επιπλέον, νにゅーαあるふぁ εκτελεί πολυάριθμους άλλους τύπους έργου. Παραδείγματος χάρη, σしぐまτたうηいーたνにゅー απειριοστή παράσταση, ηいーた ενέργεια συστολικού έργου πぱいοおみくろんυうぷしろん συνδέεται μみゅーεいぷしろん ένα θερμοδυναμικό σύστημα πぱいοおみくろんυうぷしろん είναι μみゅーιいおたαあるふぁ συσταλτή ίνα πぱいοおみくろんυうぷしろん μικραίνει κατά −dl από μみゅーιいおたαあるふぁ δύναμη f θしーたαあるふぁ καταλήξει σしぐまτたうηいーたνにゅー προσθήκη ενός όρου f dl . Αあるふぁνにゅー ένα φορτίο −de ληφθεί από ένα σύστημα σしぐまεいぷしろん ένα ηλεκτρικό δυναμικό Ψぷさい, τたうοおみくろん ηλεκτρικό έργο πぱいοおみくろんυうぷしろん συσχετίζεται μみゅーεいぷしろん αυτό είναι −Ψぷさいde, πぱいοおみくろんυうぷしろん πρέπει νにゅーαあるふぁ συμπεριληφθεί σしぐまτたうηいーたνにゅー απειριοστή παράσταση. Άλλοι όροι έργου προστίθενται στις απαιτήσεις ανά σύστημα.

Κάθε μέγεθος στις παραπάνω εξισώσεις μπορεί νにゅーαあるふぁ διαιρεθεί μみゅーεいぷしろん τたうηいーたνにゅー ποσότητα της ουσίας, μετρημένης σしぐまεいぷしろん moles, γがんまιいおたαあるふぁ νにゅーαあるふぁ σχηματίσει τたうηいーた μοριακή ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς. Ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς είναι μία από τις πぱいιいおたοおみくろん σημαντικές θερμοδυναμικές συναρτήσεις γがんまιいおたαあるふぁ τたうοおみくろんνにゅー χαρακτηρισμό ενός συστήματος. Είναι ένας παράγοντας σしぐまτたうοおみくろんνにゅー υπολογισμό αποτελεσμάτων όπως ηいーた διαφορά δυναμικού ενός ηλεκτροχημικού κελιού κかっぱαあるふぁιいおた της σταθεράς ισορροπίας γがんまιいおたαあるふぁ μみゅーιいおたαあるふぁ αμφίδρομη αντίδραση. Σしぐまεいぷしろん ισόθερμα, ισοβαρή συστήματα, ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς μπορεί νにゅーαあるふぁ θεωρηθεί ως ένα "δυναμικό" μέγεθος, επειδή είναι μみゅーιいおたαあるふぁ αντιπροσωπευτική μέτρηση τたうωおめがνにゅー ανταγωνιζομένων φαινομένων τたうωおめがνにゅー ενθαλπικών κかっぱαあるふぁιいおた εντροπικών κινητήριων δυνάμεων πぱいοおみくろんυうぷしろん εμπλέκονται σしぐまεいぷしろん μみゅーιいおたαあるふぁ θερμοδυναμική διεργασία.

Ηいーた εξάρτηση της θερμοκρασίας από τたうηいーたνにゅー ενέργεια Γκιμπς γがんまιいおたαあるふぁ ένα ιδανικό αέριο δίνεται από τたうηいーたνにゅー εξίσωση Γκιμπς-Χέλμχολτζ κかっぱαあるふぁιいおた ηいーた εξάρτηση της πίεσης της δίνεται από τたうηいーたνにゅー:

${\frac {G}{N}}={\frac {G}{N}}^{\circ }+kT\ln {\frac {p}{p^{\circ }}}$

Αあるふぁνにゅー είναι γνωστός οおみくろん όγκος αντί γがんまιいおたαあるふぁ τたうηいーたνにゅー πίεση τότε γίνεται:

${\frac {G}{N}}={\frac {G}{N}}^{\circ }+kT\ln {\frac {V^{\circ }}{V}}$

ή πぱいιいおたοおみくろん βολικά ως τたうοおみくろん χημικό δυναμικό της:

${\frac {G}{N}}=\mu =\mu ^{\circ }+kT\ln {\frac {p}{p^{\circ }}}.$

Σしぐまεいぷしろん μみゅーηいーた ιδανικά συστήματα, υπεισέρχεται κかっぱαあるふぁιいおた ηいーた πτητικότητα.

Παραγώγιση

Οおみくろんιいおた φυσικές μεταβλητές τたうοおみくろんυうぷしろん ολικού διαφορικού της ελεύθερης ενέργειας Γκιμπς μπορούν νにゅーαあるふぁ παραγωγιστούν μέσα από μετασχηματισμούς Legendre της εσωτερικής ενέργειας.

$\mathrm {d} U=T\mathrm {d} S-p\,\mathrm {d} V+\sum _{i}\mu _{i}\,\mathrm {d} N_{i}\,$.

Επειδή S, V κかっぱαあるふぁιいおた N_i είναι εκτατικές μεταβλητές, τたうοおみくろん θεώρημα της ομογενούς συνάρτησης τたうοおみくろんυうぷしろん Όιλερ (Euler) επιτρέπει τたうηいーたνにゅー εύκολη ολοκλήρωση τたうοおみくろんυうぷしろん dU:

$U=TS-pV+\sum _{i}\mu _{i}N_{i}\,$.

Οおみくろん ορισμός τたうοおみくろんυうぷしろん G από τたうηいーたνにゅー παραπάνω είναι

$G=U+pV-TS\,$.

Παίρνοντας τたうοおみくろん ολικό διαφορικό, έχουμε

$\mathrm {d} G=\mathrm {d} U+p\,\mathrm {d} V+V\mathrm {d} p-T\mathrm {d} S-S\mathrm {d} T\,$.

Αντικαθιστώντας τたうοおみくろん dU μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん αποτέλεσμα από τたうοおみくろんνにゅー πρώτο νόμο έχουμε:

${\begin{aligned}\mathrm {d} G&=T\mathrm {d} S-p\,\mathrm {d} V+\sum _{i}\mu _{i}\,\mathrm {d} N_{i}+p\,\mathrm {d} V+V\mathrm {d} p-T\mathrm {d} S-S\mathrm {d} T\\&=V\mathrm {d} p-S\mathrm {d} T+\sum _{i}\mu _{i}\,\mathrm {d} N_{i}\end{aligned}}$.

Οおみくろんιいおた φυσικές μεταβλητές τたうοおみくろんυうぷしろん G είναι τότε p, T κかっぱαあるふぁιいおた {N_i}.

Ομογενή συστήματα

Επειδή κάποιες από τις φυσικές μεταβλητές είναι εντατικές, τたうοおみくろん dG δでるたεいぷしろんνにゅー μπορεί νにゅーαあるふぁ ολοκληρωθεί χρησιμοποιώντας τたうαあるふぁ ολοκληρώματα Όιλερ (Euler) όπως σしぐまτたうηいーたνにゅー περίπτωση της εσωτερικής ενέργειας. Όμως, αντικαθιστώντας απλά τたうοおみくろん αποτέλεσμα της σχέσης Γκιμπς-Ντυέμ γがんまιいおたαあるふぁ τたうοおみくろん U σしぐまτたうοおみくろんνにゅー ορισμό τたうοおみくろんυうぷしろん G δίνει μみゅーιいおたαあるふぁ πρότυπη παράσταση γがんまιいおたαあるふぁ τたうοおみくろん G:

${\begin{aligned}G&=TS-pV+\sum _{i}\mu _{i}N_{i}+pV-TS\\&=\sum _{i}\mu _{i}N_{i}\end{aligned}}$.

Αυτό τたうοおみくろん αποτέλεσμα εφαρμόζεται σしぐまεいぷしろん ομογενή, μακροσκοπικά συστήματα, αλλά όχι σしぐまεいぷしろん όλα τたうαあるふぁ θερμοδυναμικά συστήματα.

Ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς τたうωおめがνにゅー αντιδράσεων

Γがんまιいおたαあるふぁ νにゅーαあるふぁ παραχθεί ηいーた εξίσωση της ελεύθερης ενέργειας Γκιμπς γがんまιいおたαあるふぁ ένα απομονωμένο σύστημα, αあるふぁνにゅー είναι S_tot ηいーた συνολική εντροπία τたうοおみくろんυうぷしろん απομονωμένου συστήματος, δηλαδή, ενός συστήματος πぱいοおみくろんυうぷしろん δでるたεいぷしろんνにゅー μπορεί νにゅーαあるふぁ ανταλλάξει θερμότητα ή μάζα μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん περιβάλλον τたうοおみくろんυうぷしろん. Σύμφωνα μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろんνにゅー δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο:

$\Delta S_{tot}\geq 0\,$

κかっぱαあるふぁιいおた αあるふぁνにゅー ΔでるたS_tot = 0 τότε ηいーた διεργασία είναι αντιστρεπτή. Ηいーた μεταφορά θερμότητας Q εξαφανίζεται γがんまιいおたαあるふぁ ένα αδιαβατικό σύστημα. Οποιαδήποτε αδιαβατική μεταβολή πぱいοおみくろんυうぷしろん είναι επίσης αντιστρεπτή λέγεται ισεντροπική $\left({Q \over T}=\Delta S=0\right)\,$ διεργασία.

Τώρα, ας θεωρήσουμε ένα υποσύστημα πぱいοおみくろんυうぷしろん νにゅーαあるふぁ έχει εσωτερική εντροπία S_int. Ένα τέτοιο σύστημα συνδέεται θερμικά μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん περιβάλλον τたうοおみくろんυうぷしろん, πぱいοおみくろんυうぷしろん έχει εντροπία S_ext. Ηいーた μορφή της εντροπίας τたうοおみくろんυうぷしろん δεύτερου νόμου εφαρμόζεται μόνο σしぐまεいぷしろん κλειστά συστήματα πぱいοおみくろんυうぷしろん σχηματίζονται κかっぱαあるふぁιいおた από τたうοおみくろん σύστημα κかっぱαあるふぁιいおた από τたうοおみくろん περιβάλλον τたうοおみくろんυうぷしろん. Συνεπώς μみゅーιいおたαあるふぁ διεργασία είναι δυνατή μόνο αあるふぁνにゅー

$\Delta S_{int}+\Delta S_{ext}\geq 0\,$.

Αあるふぁνにゅー Q είναι ηいーた μεταφερόμενη θερμότητα σしぐまτたうοおみくろん σύστημα από τたうοおみくろん περιβάλλον, τότε −Q είναι ηいーた θερμότητα πぱいοおみくろんυうぷしろん χάνεται από τたうοおみくろん περιβάλλον, έτσι ώστε $\Delta S_{ext}=-{Q \over T},$ αντιστοιχεί σしぐまτたうηいーた μεταβολή της εντροπίας τたうοおみくろんυうぷしろん περιβάλλοντος.

Τώρα, έχουμε:

$\Delta S_{int}-{Q \over T}\geq 0\,$

Πολλαπλασιάζοντας κかっぱαあるふぁιいおた τたうαあるふぁ δύο μέλη μみゅーεいぷしろん T:

$T\Delta S_{int}-Q\geq 0\,$

Q είναι ηいーた μεταφερόμενη θερμότητα προς τたうοおみくろん σύστημα· αあるふぁνにゅー ηいーた διεργασία τώρα υποτεθεί ότι είναι ισοβαρής, τότε Q = ΔでるたH:

$T\Delta S_{int}-\Delta H\geq 0\,$

ΔでるたH είναι ηいーた μεταβολή της ενθαλπίας της αντίδρασης (γがんまιいおたαあるふぁ μみゅーιいおたαあるふぁ χημική αντίδραση σしぐまεいぷしろん σταθερή πίεση). Τότε:

$\Delta H-T\Delta S_{int}\leq 0\,$

γがんまιいおたαあるふぁ μみゅーιいおたαあるふぁ πιθανή διεργασία. Ας ορίσουμε τたうηいーた μεταβολή ΔでるたG της ελεύθερης ενέργειας Γκιμπς ως

$\Delta G=\Delta H-T\Delta S_{int}\,$ (εいぷしろんξくしー.1)

Σημειώστε ότι δでるたεいぷしろんνにゅー ορίζεται μみゅーεいぷしろん όρους οποιωνδήποτε εξωτερικών συναρτήσεων κατάστασης, όπως ΔでるたS_ext ή ΔでるたS_tot. Τότε, οおみくろん δεύτερος νόμος, πぱいοおみくろんυうぷしろん μας δίνει επίσης τたうοおみくろん αυθόρμητο της αντίδρασης, γίνεται:

$\Delta G<0\,$ ευνοϊκή αντίδραση (αυθόρμητη)

$\Delta G=0\,$ Ούτε ηいーた δεξιά αντίδραση ούτε ηいーた αντίστροφη επικρατεί (χημική ισορροπία)

$\Delta G>0\,$ μみゅーηいーた ευνοϊκή αντίδραση (μみゅーηいーた αυθόρμητη)

Ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς G ηいーた ίδια ορίζεται ως

$G=H-TS_{int}\,$ (εいぷしろんξくしー.2)

αλλά σημειώστε ότι γがんまιいおたαあるふぁ νにゅーαあるふぁ πάρετε τたうηいーたνにゅー εξίσωση (1) από τたうηいーたνにゅー εξίσωση (2) πρέπει νにゅーαあるふぁ υποθέσουμε ότι ηいーた T είναι σταθερή. Συνεπώς, ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς είναι κυρίως χρήσιμη γがんまιいおたαあるふぁ θερμοχημικές διεργασίες σしぐまεいぷしろん σταθερή θερμοκρασία κかっぱαあるふぁιいおた πίεση: κかっぱαあるふぁιいおた ισόθερμη κかっぱαあるふぁιいおた ισοβαρή. Τέτοιες διεργασίες δでるたεいぷしろんνにゅー μετακινούνται σしぐまεいぷしろん ένα διάγραμμα P-V, όπως ηいーた μεταβολή φάσης μιας καθαρής ουσίας, πぱいοおみくろんυうぷしろん λαμβάνει χώρα, σしぐまτたうηいーたνにゅー πίεση κかっぱαあるふぁιいおた θερμοκρασία κορεσμού. Οおみくろんιいおた χημικές αντιδράσεις, όμως, υφίστανται μεταβολές σしぐまτたうοおみくろん χημικό δυναμικό, πぱいοおみくろんυうぷしろん είναι μみゅーιいおたαあるふぁ συνάρτηση κατάστασης. Συνεπώς, οおみくろんιいおた θερμοδυναμικές αντιδράσεις δでるたεいぷしろんνにゅー περιορίζονται σしぐまτたうοおみくろん δισδιάστατο διάγραμμα P-V. Υπάρχει μみゅーιいおたαあるふぁ τρίτη διάσταση γがんまιいおたαあるふぁ τたうοおみくろん n, ηいーた ποσότητα τたうοおみくろんυうぷしろん αερίου. Γがんまιいおたαあるふぁ τたうηいーた μελέτη τたうωおめがνにゅー εκρηκτικών χημικών, οおみくろんιいおた διεργασίες δでるたεいぷしろんνにゅー είναι κかっぱαあるふぁτたう' ανάγκη ισόθερμες κかっぱαあるふぁιいおた ισοβαρείς. Γがんまιいおたαあるふぁ αυτές τις μελέτες χρησιμοποιείται ηいーた ελεύθερη ενέργεια Χέλμχολτζ.

Αあるふぁνにゅー ένα απομονωμένο σύστημα (Q = 0) είναι σしぐまεいぷしろん σταθερή πίεση (Q = ΔでるたH), τότε

$\Delta H=0\,$

Συνεπώς, ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς ενός απομονωμένου συστήματος είναι

$\Delta G=-T\Delta S\,$

κかっぱαあるふぁιいおた αあるふぁνにゅー ΔでるたG ≤ 0 τότε αυτό υπονοεί ότι ΔでるたS ≥ 0, πίσω όπου ξεκινήσαμε τたうηいーたνにゅー παραγώγιση τたうοおみくろんυうぷしろん ΔでるたG.

Χρήσιμες ταυτότητες

$\Delta G=\Delta H-T\Delta S\,$ (γがんまιいおたαあるふぁ σταθερή θερμοκρασία)

$\Delta _{r}G^{\circ }=-RT\ln K\,$

$\Delta _{r}G=\Delta _{r}G^{\circ }+RT\ln Q_{r}\,$

$\Delta G=-nFE\,$

$\Delta G^{\circ }=-nFE^{\circ }\,$

κかっぱαあるふぁιいおた ηいーた αναδιάταξη δίνει

$nFE^{\circ }=RT\ln K\,$

$nFE=nFE^{\circ }-RT\ln Q_{r}\,\,$

$E=E^{\circ }-{\frac {RT}{nF}}\ln Q_{r}\,\,$

πぱいοおみくろんυうぷしろん συσχετίζει τたうοおみくろん ηλεκτρικό δυναμικό μιας αντίδρασης μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろんνにゅー συντελεστή ισορροπίας γがんまιいおたαあるふぁ αυτήν τたうηいーたνにゅー αντίδραση (νόμος τたうοおみくろんυうぷしろん Nernst).

όπου

• ΔでるたG = ηいーた μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας Γκιμπς
• ΔでるたH = ηいーた μεταβολή της ενθαλπίας
• T = ηいーた απόλυτη θερμοκρασία
• ΔでるたS = ηいーた μεταβολή της εντροπίας
• R = ηいーた σταθερά τたうωおめがνにゅー αερίων
• ln = οおみくろん φυσικός λογάριθμος
• Δでるた_rG = ηいーた μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας Γκιμπς της αντίδρασης
• Δでるた_rG° = ηいーた μεταβολή της πρότυπης ελεύθερης ενέργειας Γκιμπς της αντίδρασης
• K = ηいーた σταθερά ισορροπίας
• Q_r = τたうοおみくろん πηλίκο της αντίδρασης
• n = οおみくろん αριθμός τたうωおめがνにゅー ηλεκτρονίων ανά mole προϊόντος
• F = ηいーた σταθερά Φαραντέι σしぐまεいぷしろん (C αあるふぁνにゅーαあるふぁ mole)
• E = τたうοおみくろん δυναμικό τたうοおみくろんυうぷしろん ηλεκτροδίου της αντίδρασης

Επιπλέον, έχουμε επίσης:

$K_{eq}=e^{-{\frac {\Delta _{r}G^{\circ }}{RT}}}$

$\Delta _{r}G^{\circ }=-RT(\ln K_{eq})=-2.303\,RT(\log _{10}K_{eq})$

πぱいοおみくろんυうぷしろん συσχετίζει τたうηいーた σταθερά ισορροπίας μみゅーεいぷしろん τたうηいーたνにゅー ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς.

Ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς, οおみくろん δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος κかっぱαあるふぁιいおた οおみくろん μεταβολισμός.

Μみゅーιいおたαあるふぁ χημική αντίδραση θしーたαあるふぁ προχωρήσει (ή μπορεί νにゅーαあるふぁ προχωρήσει) αυθόρμητα, αあるふぁνにゅー ηいーた μεταβολή σしぐまτたうηいーた συνολική εντροπία τたうοおみくろんυうぷしろん σύμπαντος πぱいοおみくろんυうぷしろん μπορεί νにゅーαあるふぁ προκληθεί από τたうηいーたνにゅー αντίδραση δでるたεいぷしろんνにゅー είναι αρνητική. Όπως συζητήθηκε σしぐまτたうηいーたνにゅー επισκόπηση, αあるふぁνにゅー ηいーた θερμοκρασία κかっぱαあるふぁιいおた ηいーた πίεση διατηρηθούν σταθερές, ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς είναι ένας (αρνητικός) συντελεστής γがんまιいおたαあるふぁ τたうηいーた μεταβολή σしぐまτたうηいーた συνολική εντροπία τたうοおみくろんυうぷしろん σύμπαντος. Είναι "αρνητικός" επειδή τたうοおみくろん S εμφανίζεται μみゅーεいぷしろん έναν αρνητικό συντελεστή σしぐまτたうηいーたνにゅー παράσταση γがんまιいおたαあるふぁ τたうοおみくろん G, έτσι ηいーた ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς μετακινείται σしぐまτたうηいーたνにゅー αντίθετη κατεύθυνση από τたうηいーたνにゅー συνολική εντροπία. Συνεπώς μみゅーιいおたαあるふぁ αντίδραση μみゅーεいぷしろん θετική ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς δでるたεいぷしろんνにゅー θしーたαあるふぁ προχωρήσει αυθόρμητα. Όμως, σしぐまτたうαあるふぁ βιολογικά συστήματα (μεταξύ τたうωおめがνにゅー άλλων), οおみくろんιいおた εισαγωγές ενέργειας από άλλες ενεργειακές πηγές (συμπεριλαμβανόμενου τたうοおみくろんυうぷしろん ήλιου κかっぱαあるふぁιいおた τたうωおめがνにゅー εξώθερμων χημικών αντιδράσεων) "συνδέονται" μみゅーεいぷしろん αντιδράσεις πぱいοおみくろんυうぷしろん δでるたεいぷしろんνにゅー είναι εντροπικά ευνοϊκές (δηλαδή έχουν ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς μεγαλύτερη από μηδέν). Λαμβάνοντας υπόψη τις συζευγμένες αντιδράσεις, ηいーた συνολική εντροπία τたうοおみくろんυうぷしろん σύμπαντος αυξάνεται. Αυτή ηいーた σύζευξη επιτρέπει ενδόεργες αντιδράσεις, όπως ηいーた φωτοσύνθεση κかっぱαあるふぁιいおた ηいーた σύνθεση DNA, νにゅーαあるふぁ προχωρήσουν χωρίς μείωση της συνολικής εντροπίας τたうοおみくろんυうぷしろん σύμπαντος. Συνεπώς τたうαあるふぁ βιολογικά συστήματα δでるたεいぷしろんνにゅー παραβιάζουν τたうοおみくろんνにゅー δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής.

Πρότυπη μεταβολή ενέργειας σχηματισμού

Ηいーた πρότυπη ελεύθερη ενέργεια σχηματισμού τたうοおみくろんυうぷしろん Γκιμπς μιας ένωσης είναι ηいーた μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας Γκιμπς πぱいοおみくろんυうぷしろん συνοδεύει τたうοおみくろんνにゅー σχηματισμό 1 mole αυτής της ουσίας από τたうαあるふぁ συστατικά στοιχεία της, σしぐまτたうηいーたνにゅー πρότυπή τους κατάσταση (ηいーた πぱいιいおたοおみくろん σταθερή μορφή τたうοおみくろんυうぷしろん στοιχείου στους 25° Κελσίου κかっぱαあるふぁιいおた 101,3 kPa). Τたうοおみくろん σύμβολό της είναι Δでるた_fG˚.

Όλα τたうαあるふぁ στοιχεία σしぐまτたうηいーたνにゅー πρότυπή τους κατάσταση (αέριο διατομικό οξυγόνο, γραφίτης, κかっぱλらむだπぱい.) έχουν πρότυπη μεταβολή ελεύθερης ενέργειας σχηματισμού Γκιμπς ίση μみゅーεいぷしろん μηδέν, επειδή δでるたεいぷしろんνにゅー υπάρχει καμιά μεταβολή.

Δでるた_rG = Δでるた_rG˚ + RT ln Q_r; Q_r είναι τたうοおみくろん πηλίκο της αντίδρασης.

Σしぐまτたうηいーたνにゅー ισορροπία, Δでるた_rG = 0 κかっぱαあるふぁιいおた Q_r = K, έτσι ηいーた εξίσωση γίνεται Δでるた_rG˚ = −RT ln K; K είναι ηいーた σταθερά ισορροπίας.

Πίνακας επιλεγμένων ουσιών

Ουσία	Κατάσταση	ΔでるたfG°(kJ/mol)	ΔでるたfG°(kcal/mol)
NO	g	-87,6	-20,9
NO2	g	-51,3	-12,3
N2O	g	-103,7	-24,78
H2O	g	-228,6	−54,64
H2O	l	-237,1	−56,67
CO2	g	-394,4	−94,26
CO	g	-137,2	−32,79
CH4	g	-50,5	−12,1
C2H6	g	-32,0	−7,65
C3H8	g	-23,4	−5,59
C6H6	g	-129,7	-29,76
C6H6	l	-124,5	-31,00

(όπου g = αέριο κかっぱαあるふぁιいおた l = υγρό.)

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• IUPAC definition (Gibbs energy)
• Gibbs energy - Florida State University
• Gibbs Free Energy - Eric Weissteins World of Physics
• Entropy and Gibbs Free Energy Αρχειοθετήθηκε 2011-11-04 σしぐまτたうοおみくろん Wayback Machine. - www.2ndlaw.oxy.edu
• Gibbs Free Energy - Georgia State University
• Gibbs Free Energy Java Applet - University of California, Berkeley
• Gibbs Free Energy - Illinois State University
• Using Gibbs Free Energy for prediction of chemical driven material ageing