Dalam kehidupan sehari-hari dan di laboratorium, ada reaksi dan transformasi yang spontan dan ada juga yang tidak spontan. Misalnya, semua pembakaran adalah reaksi spontan, karena sekali dimulai, itu akan berlanjut sampai semua bahan bakar dikonsumsi atau sampai semua oksigen habis.
Di sisi lain, elektrolisis adalah proses non-spontan, di mana energi listrik diubah menjadi energi kimia. Contohnya adalah elektrolisis natrium klorida (NaCl). Ketika arus listrik dilewatkan pada garam cair ini, terjadi reaksi redoks dan pembentukan logam natrium (Na .).(s)) dan gas klorin (Cl2 (g)). Jika kita berhenti mengalirkan arus listrik, reaksi tidak akan berlanjut dengan sendirinya, yang menunjukkan bahwa itu tidak spontan.
Spontanitas suatu reaksi dapat diukur dengan menggunakan Persamaan Gibbs-Helmholtz, diberikan di bawah:
Tentang apa:
G = variasi energi bebas;
H = perubahan entalpi;
T = suhu dalam Kelvin (selalu positif);
S = perubahan entropi.
Persamaan ini mengambil namanya karena diusulkan oleh fisikawan Amerika J. Willard Gibbs (1839-1903) dan oleh fisikawan Jerman Hermann Helmholtz (1821-1894).
Untuk lebih memahami bagaimana persamaan ini membantu kita menentukan spontanitas reaksi, mari kita tinjau secara singkat setiap konsep yang terlibat di dalamnya:
- H (variasi entalpi): Entalpi (H) adalah kandungan energi suatu zat. Sejauh ini, tidak ada cara untuk menentukannya yang diketahui. Dalam praktiknya, yang dicapai adalah mengukur variasi entalpi (∆H) suatu proses, dengan menggunakan kalorimeter. Variasi ini adalah jumlah energi yang dilepaskan atau diserap dalam proses.
- S (variasi entropi):Entropi (S) adalah besaran termodinamika yang mengukur derajat ketidakteraturan dalam suatu sistem.
Misalnya, dalam es yang mencair, molekul bergerak dari padat ke cair, di mana terjadi disorganisasi yang lebih besar. Artinya pada proses ini entropi meningkat (∆S > 0).
Dalam produksi amonia (NH3), 1 mol gas nitrogen bereaksi dengan 3 mol gas hidrogen (yaitu, 4 mol molekul dalam reaktan), menghasilkan 2 mol amonia:
tidak2 (g) +3 H2 (g) → 2 NH3 (g)
Karena jumlah molekul dalam fase gas berkurang dalam proses ini, disorganisasi menurun, yang berarti bahwa entropi juga menurun (∆S< 0).
- G (energi bebas): Energi bebas atau Energi bebas Gibbs (karena hanya diusulkan oleh ilmuwan ini pada tahun 1878) adalah energi yang berguna dari sistem yang digunakan untuk melakukan kerja.
Suatu sistem memiliki energi global, tetapi hanya sebagian kecil dari energi itu yang akan digunakan untuk melakukan kerja, ini disebut energi bebas Gibbs, dilambangkan dengan G.
Menurut Gibbs, suatu proses dianggap spontan jika melakukan kerja, yaitu jika G berkurang. Dalam hal ini, keadaan akhir transformasi akan lebih stabil daripada keadaan awal ketika G < 0.
Berdasarkan hal tersebut, kami dapat menyimpulkan sebagai berikut:
Kita juga dapat melihat apakah suatu proses akan spontan dengan melihat tanda aljabar ofH dan S dalam persamaan Gibbs-Helmholtz:
Oleh Jennifer Fogaa
Lulus kimia
Sumber: Sekolah Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm