Gibbs Free Energy. Gibbs Free Energy Concept

I hverdagen og i laboratorier er det reaksjoner og transformasjoner som er spontane og andre som ikke er spontane. For eksempel er all forbrenning en spontan reaksjon, for når den er startet, vil den fortsette til alt drivstoff er forbrukt eller til alt oksygenet er borte.

På den annen side er elektrolyse en ikke-spontan prosess der elektrisk energi transformeres til kjemisk energi. Et eksempel er elektrolyse av natriumklorid (NaCl). Når en elektrisk strøm føres over dette smeltede saltet, er det redoksreaksjoner og dannelsen av metallisk natrium (Na_(s)) og klorgass (Cl_{2 (g)}). Hvis vi slutter å kjøre elektrisk strøm, vil reaksjonen ikke fortsette alene, noe som viser at den ikke er spontan.

Reaksjonens spontanitet kan måles ved hjelp av Gibbs-Helmholtz ligning, gitt nedenfor:

På hva:

∆G = variasjon av fri energi;
∆H = endalpiendring;
T = temperatur i Kelvin (alltid positiv);
∆S = entropiendring.

Denne ligningen tar navn fordi den ble foreslått av den amerikanske fysikeren J. Willard Gibbs (1839-1903) og av den tyske fysikeren Hermann Helmholtz (1821-1894).

For bedre å forstå hvordan denne ligningen hjelper oss med å bestemme spontaniteten til en reaksjon, la oss kort gjennomgå hvert av konseptene som er involvert i den:

• ∆H (entalpi-variasjon): Enthalpy (H) er energiinnholdet i et stoff. Så langt er det ikke kjent noen måte å bestemme det på. I praksis er det som oppnås å måle entalpi-variasjonen (∆H) av en prosess, ved hjelp av kalorimetre. Denne variasjonen er mengden av energi som ble frigjort eller absorbert i prosessen.
• ∆S (entropi-variasjon):Entropi (S) er den termodynamiske størrelsen som måler graden av forstyrrelse i et system.

For eksempel, i smeltende is, beveger molekyler seg fra et fast stoff til en flytende tilstand, der det er større desorganisering. Dette betyr at entropien økte i denne prosessen (∆S> 0).

Ved produksjon av ammoniakk (NH₃), 1 mol nitrogengass reagerer med 3 mol hydrogengass (det vil si 4 mol molekyler i reaktantene), noe som gir 2 mol ammoniakk:

N_{2 (g)} +3 H_{2 (g)} → 2 NH_{3 (g)}

Siden antall molekyler i gassfasen synker i denne prosessen, reduserte desorganiseringen, noe som betyr at entropien også ble redusert (∆S <0).

• ∆G (fri energi): Gratis energi eller Gibbs fri energi (fordi det ble foreslått bare av denne forskeren i 1878) er den nyttige energien til systemet som brukes til å utføre arbeid.

Et system har global energi, men bare en brøkdel av den energien vil bli brukt til å gjøre arbeid, dette kalles Gibbs fri energi, symbolisert av G.

I følge Gibbs, en prosess regnes som spontan hvis den utfører arbeid, det vil si hvis G avtar. I dette tilfellet vil transformasjonens endelige tilstand være mer stabil enn den opprinnelige når ∆G <0.

Basert på dette kan vi konkludere med følgende:

Vi kan også se om en prosess vil være spontan ved å se på det algebraiske tegnet på ∆H og ∆S i Gibbs-Helmholtz-ligningen:

Av Jennifer Fogaça
Uteksamen i kjemi

Kilde: Brasilskolen - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm