Sadržaj
Najvjerojatnije su se prve kemijske reakcije koje ste proučavali u školi kretale u jednom smjeru; na primjer, ocat izliven u sodu za pečenje da bi napravio "vulkan". U stvarnosti, većinu reakcija treba ilustrirati strelicom koja je usmjerena u svakom smjeru, što znači da reakcija može ići u oba smjera. Provjera Gibbsove besplatne energije sustava nudi način da se utvrdi je li jedna strelica mnogo veća od druge; tj. da li reakcija gotovo uvijek ide u jednom smjeru ili su oboje blizu iste veličine? U potonjem slučaju, reakcija je jednako vjerojatna da ide jednim putem. Tri kritična faktora za izračunavanje Gibbsove energije su entalpija, entropija i temperatura.
Entalpija
Entalpija je mjera koliko energije se sadrži u nekom sustavu. Primarna komponenta entalpije je unutarnja energija, odnosno energija iz slučajnog kretanja molekula. Entalpija nije ni potencijalna energija molekulskih veza niti kinetička energija pokretnog sustava. Molekule se u krutini kreću puno manje od onih plinova, pa krutina ima manje entalpije. Ostali čimbenici u proračunu entalpije su tlak i volumen sustava, koji su najvažniji u plinskom sustavu. Entalfija se mijenja kada radite na sustavu ili dodajete ili oduzimate toplinu i / ili materiju.
Entropija
Entropiju možete smatrati mjerom toplinske energije nekog sustava ili kao mjerom poremećaja u sustavu. Da biste vidjeli kako su njih dvoje povezani, razmislite o čaši vode koja se smrzava. Kad toplinsku energiju odnesete od vode, molekule koje su se slobodno i slučajno kretale, zatvaraju se u čvrsti i vrlo uređeni kristal leda. U ovom je slučaju promjena entropije za sustav bila negativna; postalo je manje neuredno. Na razini svemira, entropija je uvijek u porastu.
Odnos prema temperaturi
Entalpija i entropija su pod utjecajem temperature. Ako sustavu dodate toplinu, povećat ćete entropiju i entalpiju. Temperatura je također uključena kao neovisni faktor u izračunavanju Gibbsove slobodne energije. Promjenu u Gibbsovoj slobodnoj energiji izračunavate množenjem temperature s promjenom entropije i oduzimanjem proizvoda od promjene entalpije za sustav. Iz toga vidite da temperatura može dramatično promijeniti Gibbsovu slobodnu energiju.
Relevantnost u kemijskim reakcijama
Sposobnost izračunavanja Gibbsove besplatne energije važno je jer možete njome odrediti koliko je vjerojatna reakcija. Negativna entalpija i pozitivna entropija pogoduju reakciji koja ide prema naprijed. Pozitivna entalpija i negativna entropija ne pogoduju reakciji koja ide dalje; ove će reakcije ići u obrnutom smjeru, bez obzira na temperaturu. Kad jedan faktor favorizira reakciju, a drugi ne, temperatura određuje u kojem će smjeru reakcija krenuti. Ako je promjena Gibbsove slobodne energije negativna, reakcija će krenuti naprijed; ako je pozitivan, ići će obrnuto. Kad je nula, reakcija je u ravnoteži.