Zoznámte sa s Gibbs Free Energy

V termodynamike je Gibbsova voľná energia tiež známa ako voľná entalpia, čo je termodynamický potenciál, ktorý sa dá použiť na výpočet maximálnej reverzibilnej práce, ktorú môže termodynamický systém vykonať pri konštantnej teplote a tlaku (izotermický, izobarický).

Rovnako ako v mechanike, kde je zníženie potenciálnej energie definované ako maximálna práca, ktorú je možné vykonať, majú rôzne potenciály rôzne významy. Gibbsov voľný pokles energie (Joules v medzinárodných jednotkách) je maximálny objem neexpanznej práce, ktorú je možné vyťažiť z uzavretého termodynamického systému; toto maximum je možné dosiahnuť iba v úplne reverzibilnom procese.

Keď sa systém reverzibilne zmení z počiatočného stavu na konečný stav, zníženie Gibbsovej voľnej energie sa rovná práci vykonanej systémom na jeho prostredie zmenšené prácou tlakovej sily.

Gibbsova voľná energia je označená G a je vyjadrená v rovnici G = H - TS.

Gibbsova Helmholtzova rovnica:

ΔG = ΔH - TΔS

Táto rovnica je veľmi užitočná pri predpovedaní spontánnosti procesu.

i) Ak je ∆G negatívny, proces je spontánny

ii) Ak je ∆G pozitívny, proces nie je spontánny

(iii) Ak sa rovná nule, je proces v rovnováhe

(Prečítajte si tiež: Zoznámenie sa s Boylovým zákonom)

Gibbsova voľná energia, ktorá sa pôvodne nazývala dostupná energia, vyvinul v roku 1870 americký vedec Josiah Willard Gibbs. V roku 1873 Gibbs opísal túto „dostupnú energiu“ ako:

„Najväčšie množstvo mechanickej práce, ktoré je možné získať z látky v určitom množstve v danom počiatočnom stave bez zvýšenia objemového množstva alebo umožnenia prúdenia tepla do alebo z vonkajšej strany objektu, s výnimkou procesu uzatvárania, ktorý zostáva v pôvodnom stave.“

Počiatočný stav objektu by podľa Gibbsa mal byť taký, aby „objekty mohli prechádzať zo stavu uvoľneného energie reverzibilným procesom“.

Gibbsova voľná energia a rovnováha

Δ r GƟ = Δ r HƟ - TΔ r SƟ = −2,303RTlogK

Kde:

K je rovnovážna konštanta

R je plynová konštanta

T je teplota

Pre silnú endotermickú reakciu je hodnota Δ r HƟ veľká a pozitívna. Pre túto hodnotu bude reakcia K oveľa menšia ako 1 a reakciou sa vytvorí produkt.

Pre silnú endotermické reakcie, hodnota Δ r HƟ veľké a negatívne. Pre takúto reakčnú hodnotu by K bola väčšia ako 1.