Περιεχόμενο
Πιθανότατα, οι πρώτες χημικές αντιδράσεις που μελετήσατε στο σχολείο μετακινήθηκαν προς μία κατεύθυνση. για παράδειγμα, ξίδι που χύνεται σε σόδα για να κάνει ένα "ηφαίστειο". Στην πραγματικότητα, οι περισσότερες αντιδράσεις πρέπει να απεικονίζονται με ένα βέλος που δείχνει προς κάθε κατεύθυνση, πράγμα που σημαίνει ότι η αντίδραση μπορεί να γίνει με αμφότερους τους τρόπους. Η εξακρίβωση της ελεύθερης ενέργειας Gibbs ενός συστήματος προσφέρει έναν τρόπο να προσδιοριστεί εάν ένα βέλος είναι πολύ μεγαλύτερο από το άλλο. δηλαδή, η αντίδραση σχεδόν πάντα πηγαίνει προς μία κατεύθυνση ή είναι και οι δύο κοντά στο ίδιο μέγεθος; Στην τελευταία περίπτωση, η αντίδραση είναι εξίσου πιθανό να πάει με έναν τρόπο όπως ο άλλος. Οι τρεις κρίσιμοι παράγοντες στον υπολογισμό της ελεύθερης ενέργειας του Gibbs είναι η ενθαλπία, η εντροπία και η θερμοκρασία.
Ενθαλπία
Η ενθαλπία είναι ένα μέτρο της ποσότητας ενέργειας που περιέχεται σε ένα σύστημα. Ένα πρωταρχικό στοιχείο της ενθαλπίας είναι η εσωτερική ενέργεια ή η ενέργεια από την τυχαία κίνηση των μορίων. Η ενθαλπία δεν είναι ούτε η δυνητική ενέργεια των μοριακών δεσμών ούτε η κινητική ενέργεια ενός κινούμενου συστήματος. Τα μόρια σε ένα στερεό κινούνται πολύ λιγότερο από αυτά ενός αερίου, οπότε το στερεό έχει λιγότερη ενθαλπία. Οι άλλοι παράγοντες στον υπολογισμό της ενθαλπίας είναι η πίεση και ο όγκος του συστήματος, τα οποία είναι πιο σημαντικά σε ένα σύστημα αερίου. Το Enthalphy αλλάζει όταν εργάζεστε σε ένα σύστημα ή προσθέτετε ή αφαιρείτε θερμότητα και / ή ύλη.
Εντροπία
Μπορείτε να σκεφτείτε την εντροπία ως μέτρο της θερμικής ενέργειας ενός συστήματος ή ως μέτρο της διαταραχής του συστήματος. Για να δείτε πώς σχετίζονται τα δύο, σκεφτείτε ένα ποτήρι νερό που παγώνει. Όταν παίρνετε ενέργεια θερμότητας μακριά από το νερό, τα μόρια που κινούνταν ελεύθερα και τυχαία γίνονται κλειδωμένα σε ένα στερεό και πολύ διατεταγμένο κρυστάλλινο πάγο. Στην περίπτωση αυτή, η μεταβολή της εντροπίας για το σύστημα ήταν αρνητική. έγινε λιγότερο διαταραγμένη. Στο επίπεδο του σύμπαντος, η εντροπία αυξάνεται συνεχώς.
Σχέση με τη θερμοκρασία
Η ενθαλπία και η εντροπία επηρεάζονται από τη θερμοκρασία. Εάν προσθέσετε θερμότητα στο σύστημα, θα αυξήσετε τόσο την εντροπία όσο και την ενθαλπία. Η θερμοκρασία συμπεριλαμβάνεται επίσης ως ανεξάρτητος παράγοντας στον υπολογισμό της ελεύθερης ενέργειας του Gibbs. Υπολογίζετε την αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια Gibbs πολλαπλασιάζοντας τη θερμοκρασία με την αλλαγή στην εντροπία και αφαιρώντας το προϊόν από την αλλαγή στην ενθαλπία για το σύστημα. Από αυτό, μπορείτε να δείτε ότι η θερμοκρασία μπορεί να αλλάξει δραματικά την ελεύθερη ενέργεια Gibbs.
Συνάφεια στις χημικές αντιδράσεις
Η ικανότητά του να υπολογίζει την ελεύθερη ενέργεια του Gibbs είναι σημαντική επειδή μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να καθορίσετε πόσο πιθανό θα υπάρξει αντίδραση. Η αρνητική ενθαλπία και η θετική εντροπία ευνοούν μια αντίδραση προς τα εμπρός. Η θετική ενθαλπία και η αρνητική εντροπία δεν ευνοούν μια αντίδραση προς τα εμπρός. αυτές οι αντιδράσεις θα πάνε προς την αντίθετη κατεύθυνση, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία. Όταν ένας παράγοντας ευνοεί την αντίδραση και ο άλλος όχι, η θερμοκρασία καθορίζει ποια κατεύθυνση θα ακολουθήσει η αντίδραση. Εάν η αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια του Gibbs είναι αρνητική, η αντίδραση θα προχωρήσει προς τα εμπρός. εάν είναι θετική, θα πάει στην αντίθετη κατεύθυνση. Όταν είναι μηδέν, η αντίδραση είναι σε ισορροπία.