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:
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:
นอกจากนี้เรายังสามารถดูได้ว่ากระบวนการจะเกิดขึ้นเองโดยดูที่เครื่องหมายพีชคณิตของ ∆H และ ∆S ในสมการกิบส์-เฮล์มโฮลทซ์:
โดย เจนนิเฟอร์ โฟกาซา
จบเคมี
ที่มา: โรงเรียนบราซิล - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm