일상 생활과 실험실에는 자발적인 반응과 변형이 있고 자발적이지 않은 다른 것들이 있습니다. 예를 들어 모든 연소는 자발적인 반응입니다. 일단 시작되면 모든 연료가 소모되거나 모든 산소가 소진 될 때까지 계속됩니다.
반면에 전기 분해는 전기 에너지가 화학 에너지로 변환되는 비 자발적인 과정입니다. 예를 들어 염화나트륨 (NaCl)의 전기 분해가 있습니다. 이 용융 염에 전류가 흐르면 산화 환원 반응이 일어나 금속 나트륨 (Na(에스)) 및 염소 가스 (Cl2 (g)). 전류 작동을 중단하면 반응이 저절로 계속되지 않아 자발적이지 않음을 보여줍니다.
반응의 자발성은 다음을 사용하여 측정 할 수 있습니다. Gibbs-Helmholtz 방정식, 아래에 주어진 :
에 무슨:
∆G = 자유 에너지의 변화;
∆H = 엔탈피 변화;
T = 켈빈 온도 (항상 양수);
∆S = 엔트로피 변화.
이 방정식은 미국 물리학 자 J. Willard Gibbs (1839-1903)와 독일 물리학 자 Hermann Helmholtz (1821-1894)
이 방정식이 반응의 자발성을 결정하는 데 어떻게 도움이되는지 더 잘 이해하기 위해 관련된 각 개념을 간략하게 검토해 보겠습니다.
- ∆H (엔탈피 변동) : 엔탈피 (H)는 물질의 에너지 함량입니다. 지금까지 그것을 결정하는 방법은 알려져 있지 않습니다. 실제로 달성되는 것은 열량계를 사용하여 공정의 엔탈피 변동 (∆H)을 측정하는 것입니다. 이 변형은 과정에서 방출되거나 흡수 된 에너지.
- ∆S (엔트로피 변동) :엔트로피 (S)는 시스템의 장애 정도를 측정하는 열역학적 양입니다.
예를 들어, 녹는 얼음에서 분자는 고체 상태에서 액체 상태로 이동하여 더 큰 해체가 발생합니다. 이것은이 과정에서 엔트로피가 증가했음을 의미합니다 (∆S> 0).
암모니아 (NH3), 1 mol의 질소 가스가 3 mol의 수소 가스 (즉, 반응물에서 4 mol의 분자)와 반응하여 2 mol의 암모니아를 생성합니다.
엔2 (g) +3 시간2 (g) → 2 NH3 (g)
이 과정에서 기체상의 분자 수가 감소하기 때문에 해체가 감소했으며 이는 엔트로피도 감소했음을 의미합니다 (∆S <0).
- ∆G (자유 에너지) : 자유 에너지 또는 깁스 자유 에너지 (1878 년에이 과학자에 의해서만 제안 되었기 때문에) 작업을 수행하는 데 사용되는 시스템의 유용한 에너지.
시스템에는 글로벌 에너지가 있지만 그 에너지의 일부만 작업에 사용됩니다.이를 Gibbs free energy라고하며 지.
Gibbs에 따르면 프로세스가 작업을 수행하는 경우 즉, G가 감소하면 자발적인 것으로 간주됩니다.. 이 경우 ∆G <0 일 때 변환의 최종 상태가 초기 상태보다 더 안정적입니다.
이를 바탕으로 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다.
또한 Gibbs-Helmholtz 방정식에서 ∆H 및 ∆S의 대수 기호를 보면 프로세스가 자발적인지 확인할 수 있습니다.
작성자: Jennifer Fogaça
화학 전공
출처: 브라질 학교- https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm
