Co to jest energia Gibbsa?

Spontaniczną naturę procesów w systemach otwartych i zamkniętych opisano za pomocą specjalnego kryterium zwanego energią Gibbsa. Jest to funkcja państwa. D.W. Gibbs, pracując z systemami termodynamicznymi, zdołał ją wyprowadzić przez entropię i entalpię. Szczególnie energia Gibbsa pozwala przewidzieć kierunek przepływu spontanicznych procesów biologicznych i oceniać teoretycznie osiągalną wydajność.

Jeśli zastosujemy wnioski Gibbsa do drugiego prawa termodynamicznego, formuła będzie następująca: w przypadku stałego (stałego) ciśnienia i temperatury bez wpływu zewnętrznego system może wspierać spontaniczny przepływ tylko takich procesów, których konsekwencją jest spadek poziomu energii Gibbsa do wartości, która występuje, gdy osiągnie stan stały Minimalny. Równowaga dowolnego układu termodynamicznego oznacza niezmienność tej energii (minimum). Dlatego energia Gibbsa jest potencjałem (entalpią swobodną) w układach izobarno-izotermicznych. Wyjaśnijmy, dlaczego podano minimalne. Faktem jest, że jest to jeden z najważniejszych postulatów równowagi w termodynamice: ten stan z niezmienniczą temperaturą i ciśnieniem oznacza, że dla następnej zmiany konieczne jest zwiększenie poziomu energii i jest to możliwe tylko w przypadku zmiany czynników zewnętrznych.

Oznaczenie literowe to G. Numerycznie równe różnicy między znaną entalpią a wartością produktu na entropii. Oznacza to, że energia Gibbsa może być wyrażona poprzez następujący wzór:

G = H – (S * t),

Gdzie S jest entropią systemu; T jest temperaturą termodynamiczną; H entalpia. Entropia systemu w tej formule jest uwzględniona w celu uwzględnienia faktu, że wysoka temperatura prowadzi do spadku uporządkowanego stanu systemu (zaburzenia), a niskiego – wręcz przeciwnie.

Ponieważ zarówno energia Gibbsa, jak i entalpia należą do funkcji systemu w termodynamice, można scharakteryzować przekształcenia chemiczne zachodzące poprzez zmianę G lub H. Jeśli zostanie podane równanie reakcji i zmiana energii Gibbsa, to odnosi się do klasy termochemicznej.

Jeśli chodzi o tę energię, można założyć zasadę Hess: jeśli ciśnienie i temperatura pozostaną niezmienione, to tworzenie nowych substancji z pierwotnych (podstawowych odczynników) prowadzi do zmiany energii w systemie, podczas gdy typ reakcji i ich ilość nie mają wpływu na wynik.

Ponieważ energia opisana w artykule jest zmienna, wprowadzono koncepcję "standardowej energii Gibbsa" w celu przeprowadzenia obliczeń. Wartość ta jest obecna w każdej chemicznej książce odniesienia, liczbowo równej 298 kJ / mol (pamiętaj, że wymiar jest dokładnie taki sam jak dla każdej innej energii molowej). Ta wartość pozwala obliczyć zmianę dla prawie każdego procesu chemicznego.

Jeśli w trakcie reakcji chemicznej na system występuje efekt zewnętrzny (praca jest zakończona), wówczas wzrasta wartość energii Gibbsa. Reakcje takie określane są jako endergiczne. W związku z tym, jeśli sam system działa, zużywa energię, to chodzi o objawy ex-ergonomiczne.

Pojęcie energii Gibbsa znalazło szerokie zastosowanie w nowoczesnej chemii. Na przykład, synteza polimerów jest oparta na reakcjach addycyjnych. Kiedy są przeprowadzane, kilka cząstek jest połączonych w jeden, podczas gdy wartość entropii maleje. Na podstawie wzoru Gibbsa można stwierdzić, że działanie zewnętrzne (na przykład wysokotemperaturowa) może odwrócić tę egzotermiczną reakcję addycyjną, która jest potwierdzona w praktyce.