У свакодневном животу и у лабораторијама постоје реакције и трансформације које су спонтане и друге које нису спонтане. На пример, сво сагоревање је спонтана реакција, јер једном започето, наставиће се све док се не потроши цело гориво или док не нестане сав кисеоник.
С друге стране, електролиза је неспонтани процес, у којем се електрична енергија трансформише у хемијску енергију. Пример је електролиза натријум хлорида (НаЦл). Када се кроз ову растопљену со пролази електрична струја, долази до редокс реакција и стварања металног натријума (На(с)) и гасовити хлор (Цл2 (г)). Ако зауставимо електричну струју, реакција се неће наставити сама од себе, што показује да није спонтана.
Спонтаност реакције може се мерити помоћу Једначина Гиббс-Хелмхолтз, у наставку:
На шта:
∆Г = варијација слободне енергије;
∆Х = промена енталпије;
Т = температура у Келвину (увек позитивна);
∆С = промена ентропије.
Ова једначина добија име јер ју је предложио амерички физичар Ј. Виллард Гиббс (1839-1903) и немачког физичара Херманн Хелмхолтз (1821-1894).
Да бисмо боље разумели како нам ова једначина помаже у одређивању спонтаности реакције, хајде да укратко прегледамо сваки од концепата који су у њу укључени:
- ∆Х (варијанта енталпије): Енталпија (Х) је енергетски садржај супстанце. До сада није познат начин да се то утврди. У пракси се постиже мерење енталпијске варијације (∆Х) процеса помоћу калориметара. Ова варијација је износ од енергија која се ослободила или апсорбовала у процесу.
- ∆С (варијација ентропије):Ентропија (С) је термодинамичка величина која мери степен поремећаја у систему.
На пример, при топљењу леда молекули прелазе из чврстог у течно стање, где долази до веће дезорганизације. То значи да се у овом процесу ентропија повећала (∆С> 0).
Не заустављај се сада... После оглашавања има још;)
У производњи амонијака (НХ3), 1 мол гаса азота реагује са 3 мола гаса водоника (то јест 4 мола молекула у реактантима), дајући 2 мол амонијака:
Н.2 (г) +3 Х2 (г) → 2 НХ3 (г)
Пошто се у овом процесу смањује број молекула у гасној фази, дезорганизација се смањила, што значи да се смањила и ентропија (∆С <0).
- ∆Г (бесплатна енергија): Бесплатна енергија или Гиббсова бесплатна енергија (јер је то предложио само овај научник 1878. године) је корисна енергија система која служи за обављање посла.
Систем има глобалну енергију, али само део те енергије користиће се за рад, то се назива Гиббсова бесплатна енергија, коју симболизује Г..
Према Гиббс-у, процес се сматра спонтаним ако обавља посао, односно ако се Г смањи. У овом случају, коначно стање трансформације биће стабилније од почетног када је ∆Г <0.
На основу овога можемо закључити следеће:
Такође можемо видети да ли ће процес бити спонтан гледајући алгебарски знак ∆Х и ∆С у Гиббс-Хелмхолтз-овој једначини:
Јеннифер Фогаца
Дипломирао хемију
Да ли бисте желели да се на овај текст упутите у школи или у академском раду? Погледајте:
ФОГАЊА, Јеннифер Роцха Варгас. „Гиббс Фрее Енерги“; Бразил Сцхоол. Може се наћи у: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm. Приступљено 28. јуна 2021.
