Kasdieniniame gyvenime ir laboratorijose vyksta spontaniškos reakcijos ir transformacijos, o kitose - ne spontaniškos. Pavyzdžiui, visas degimas yra savaiminė reakcija, nes jį pradėjus, jis tęsis tol, kol bus sunaudotas visas kuras arba kol dings visas deguonis.
Kita vertus, elektrolizė yra nesavaiminis procesas, kurio metu elektros energija virsta chemine energija. Pavyzdys yra natrio chlorido (NaCl) elektrolizė. Kai praeina elektros srovė per šią išlydytą druską, vyksta redoksinės reakcijos ir susidaro metalinis natris (Nas) ir chloro dujos (Cl2 g)). Jei nustosime tekėti elektros srovė, reakcija savaime nesitęs, o tai rodo, kad ji nėra savaiminė.
Reakcijos spontaniškumą galima išmatuoti naudojant Gibbso-Helmholco lygtis, pateiktas žemiau:
Ant ko:
∆G = laisvosios energijos kitimas;
∆H = entalpijos pokytis;
T = temperatūra Kelvine (visada teigiama);
∆S = entropijos pokytis.
Ši lygtis gavo savo pavadinimą, nes ją pasiūlė amerikiečių fizikas Dž. Willardas Gibbsas (1839–1903) ir vokiečių fizikas Hermannas Helmholtzas (1821–1894).
Norėdami geriau suprasti, kaip ši lygtis padeda mums nustatyti reakcijos spontaniškumą, trumpai apžvelkime kiekvieną iš joje dalyvaujančių sąvokų:
- ∆H (entalpijos kitimas): Enalpija (H) yra medžiagos energijos kiekis. Kol kas nežinoma, kaip tai nustatyti. Praktiškai pasiekiama išmatuoti proceso entalpijos kitimą (∆H) naudojant kalorimetrus. Šis variantas yra energija, kuri išsiskyrė arba absorbuota proceso metu.
- ∆S (entropijos variacija):Entropija (S) yra termodinaminis dydis, kuris matuoja sistemos sutrikimo laipsnį.
Pavyzdžiui, tirpstant ledui, molekulės pereina iš kietos į skystą būseną, kur yra didesnis dezorganizavimas. Tai reiškia, kad šiame procese entropija padidėjo (∆S> 0).
Nesustokite dabar... Po reklamos yra daugiau;)
Gaminant amoniaką (NH3), 1 mol azoto dujos reaguoja su 3 mol vandenilio dujomis (ty 4 mol molekulėse reagentuose), gaunant 2 mol amoniako:
N2 g) +3 H2 g) → 2 NH3 g)
Kadangi šiame procese molekulių skaičius dujų fazėje mažėja, dezorganizacija sumažėjo, o tai reiškia, kad sumažėjo ir entropija (∆S <0).
- ∆G (laisva energija): Laisva energija arba Gibso laisva energija (nes jį pasiūlė tik šis mokslininkas 1878 m.) yra naudinga sistemos energija, naudojama darbui atlikti.
Sistema turi pasaulinę energiją, tačiau tik dalis tos energijos bus naudojama darbui atlikti, tai vadinama laisva Gibso energija, kurią simbolizuoja G.
Pasak Gibbso, procesas laikomas spontanišku, jei jis atlieka darbą, tai yra, jei G sumažėja. Šiuo atveju galutinė transformacijos būsena bus stabilesnė nei pradinė, kai ∆G <0.
Remdamiesi tuo, galime padaryti tokią išvadą:
Mes taip pat galime pamatyti, ar procesas bus spontaniškas, pažvelgdami į algebrinį ∆H ir ∆S ženklą Gibbso-Helmholtzo lygtyje:
Jennifer Fogaça
Baigė chemiją
Ar norėtumėte paminėti šį tekstą mokykloje ar akademiniame darbe? Pažvelk:
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. „Laisva Gibso energija“; Brazilijos mokykla. Yra: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm. Žiūrėta 2021 m. Birželio 28 d.
