กิ๊บส์พลังงานฟรี Gibbs Free Energy Concept

ในชีวิตประจำวันและในห้องปฏิบัติการ มีปฏิกิริยาและการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและอื่น ๆ ที่ไม่เกิดขึ้นเอง ตัวอย่างเช่น การเผาไหม้ทั้งหมดเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเอง เนื่องจากเมื่อเริ่มต้นแล้ว มันจะดำเนินต่อไปจนกว่าเชื้อเพลิงจะหมดหรือจนกว่าออกซิเจนจะหมด

ในทางกลับกัน อิเล็กโทรไลซิสเป็นกระบวนการที่ไม่เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติ ซึ่งพลังงานไฟฟ้าจะเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมี ตัวอย่างคืออิเล็กโทรไลซิสของโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเกลือหลอมเหลวนี้ จะเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์และเกิดโซเดียมโลหะ (Na .)(ส)) และก๊าซคลอรีน (Cl2(ก.)). ถ้าเราหยุดใช้กระแสไฟฟ้า ปฏิกิริยาจะไม่ดำเนินต่อไปเอง ซึ่งแสดงว่ากระแสไฟฟ้าไม่เกิดขึ้นเอง

ความเป็นธรรมชาติของปฏิกิริยาสามารถวัดได้โดยใช้ สมการกิบส์-เฮล์มโฮลทซ์, ให้ไว้ด้านล่าง:

สมการกิบส์-เฮล์มโฮลทซ์เพื่อกำหนดความเป็นธรรมชาติของปฏิกิริยา

เกี่ยวกับอะไร:

∆G = การเปลี่ยนแปลงของพลังงานอิสระ
∆H = การเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปี
T = อุณหภูมิในหน่วยเคลวิน (บวกเสมอ);
∆S = การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี

สมการนี้ใช้ชื่อของมันเพราะถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน J. Willard Gibbs (1839-1903) และโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Hermann Helmholtz (1821-1894)

เพื่อให้เข้าใจมากขึ้นว่าสมการนี้ช่วยให้เรากำหนดความเป็นธรรมชาติของปฏิกิริยาได้อย่างไร เรามาทบทวนแนวคิดแต่ละข้อที่เกี่ยวข้องกันสั้นๆ ดังนี้

  • ∆H (รูปแบบเอนทาลปี): Enthalpy (H) คือปริมาณพลังงานของสาร จนถึงขณะนี้ยังไม่มีวิธีที่จะทราบได้ ในทางปฏิบัติ สิ่งที่ทำได้คือการวัดความแปรผันของเอนทาลปี (∆H) ของกระบวนการโดยใช้แคลอรีมิเตอร์ รูปแบบนี้คือปริมาณของ พลังงานที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับในกระบวนการ.
  • ∆S (รูปแบบเอนโทรปี):เอนโทรปี (S) คือปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ที่วัดระดับของความผิดปกติในระบบ

ตัวอย่างเช่น ในการละลายน้ำแข็ง โมเลกุลจะเคลื่อนจากสถานะของแข็งไปเป็นสถานะของเหลว ซึ่งมีความระส่ำระสายมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าในกระบวนการนี้เอนโทรปีเพิ่มขึ้น (∆S > 0)

ในการผลิตแอมโมเนีย (NH3) ก๊าซไนโตรเจน 1 โมลทำปฏิกิริยากับก๊าซไฮโดรเจน 3 โมล (นั่นคือ 4 โมลของโมเลกุลในสารตั้งต้น) ทำให้เกิดแอมโมเนีย 2 โมล:

นู๋2(ก.) +3 ฮ2(ก.) → 2 NH3(ก.)

เนื่องจากจำนวนโมเลกุลในเฟสของแก๊สลดลงในกระบวนการนี้ ความระส่ำระสายจึงลดลง ซึ่งหมายความว่าเอนโทรปีก็ลดลงเช่นกัน (∆S< 0)

  • ∆G (พลังงานอิสระ): พลังงานฟรีหรือ กิ๊บส์พลังงานฟรี (เพราะถูกเสนอโดยนักวิทยาศาสตร์ท่านนี้ในปี พ.ศ. 2421 เท่านั้น) คือ พลังงานที่เป็นประโยชน์ของระบบที่ใช้ในการทำงาน

ระบบมีพลังงานทั่วโลก แต่จะใช้พลังงานเพียงเศษเสี้ยวของพลังงานนั้น เรียกว่าพลังงานกิ๊บส์อิสระ โดยมีสัญลักษณ์ว่า จี.

ตามที่กิ๊บส์, กระบวนการจะถือว่าเกิดขึ้นเองถ้าทำงาน นั่นคือ ถ้า G ลดลง. ในกรณีนี้ สถานะสุดท้ายของการแปลงจะเสถียรกว่าสถานะเริ่มต้นเมื่อ ∆G < 0

จากสิ่งนี้ เราสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้:

กิ๊บส์ฟรีพลังงานแสดงให้เห็นถึงความเป็นธรรมชาติของระบบ

นอกจากนี้เรายังสามารถดูได้ว่ากระบวนการจะเกิดขึ้นเองโดยดูที่เครื่องหมายพีชคณิตของ ∆H และ ∆S ในสมการกิบส์-เฮล์มโฮลทซ์:

ค่าที่เป็นไปได้และการรวมกันของพลังงานกิ๊บส์


โดย เจนนิเฟอร์ โฟกาซา
จบเคมี

ที่มา: โรงเรียนบราซิล - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm

นักโบราณคดีค้นพบสุสานยุคสำริดที่น่าทึ่งในไซปรัส

นักโบราณคดีค้นพบสุสานยุคสำริดที่น่าทึ่งในไซปรัส

การค้นพบทางโบราณคดีที่น่าตื่นเต้นใน เกาะไซปรัส เผยให้เห็นสุสานชั้นยอดในยุคสำริดที่เต็มไปด้วยสิ่งป...

read more

UFMS เปิดสอนหลักสูตรเฉพาะด้านการศึกษาทางไกล

ภาษาศาสตร์ประยุกต์ การสอนภาษา และกวดวิชาทางการศึกษา. เหล่านี้เป็นความเชี่ยวชาญด้านการศึกษาในรูปแบ...

read more

เรียนรู้สูตรโจ๊กกล้วยกับข้าวโอ๊ตเพื่อเสริมกาแฟ

อาหารเช้าเป็นมื้อที่สำคัญที่สุดของวัน ดังนั้นสิ่งสำคัญคือต้องทานอาหารเพื่อสุขภาพที่ช่วยให้คุณอิ่ม...

read more