Калькулятор свободной энергии Гиббса

Свободная энергия Гиббса, фундаментальное понятие в термодинамике, количественно определяет максимальное количество работы, которое система может совершить при постоянной температуре и давлении, исключая работу объемного расширения. Она играет ключевую роль в определении спонтанности реакций.

Историческая справка

Разработанная Джозайей Уиллардом Гиббсом в конце 19 века, свободная энергия Гиббса произвела революцию в понимании химической термодинамики, предоставив четкий критерий для спонтанности процессов. Это был значительный шаг вперед по сравнению с существующими концепциями энтальпии и энтропии.

Формула расчета

Свободная энергия Гиббса (\(G\)) рассчитывается следующим образом:

\[ G = H - TS \]

где:

• \(G\) обозначает свободную энергию Гиббса,
• \(H\) - изменение энтальпии (\(ΔH\)),
• \(T\) - абсолютная температура в Кельвинах (\(K\)),
• \(S\) - изменение энтропии (\(ΔS\)).

Пример расчета

Предположим, что реакция имеет изменение энтальпии (\(ΔH\)) -200 Джоулей, изменение энтропии (\(ΔS\)) -0,1 Джоуля на Кельвин при температуре (\(T\)) 298 К. Свободная энергия Гиббса (\(G\)) может быть рассчитана как:

\[ G = -200 - (298 \times -0.1) = -170 \text{ Джоулей} \]

Важность и сценарии использования

Свободная энергия Гиббса имеет решающее значение для прогнозирования направления химических реакций, оценки осуществимости реакций и энергетической эффективности в различных процессах, включая биологические системы и промышленные приложения.

Часто задаваемые вопросы

1. Что определяет спонтанную реакцию?

   • Реакция считается спонтанной, если свободная энергия Гиббса отрицательна, что указывает на то, что процесс может происходить без внешнего ввода энергии.

2. Как температура влияет на свободную энергию Гиббса?

   • Температура напрямую влияет на свободную энергию Гиббса через член \(TS\), влияя на спонтанность температурно-зависимых реакций.

3. Может ли свободная энергия Гиббса предсказать равновесие?

   • Да, когда свободная энергия Гиббса равна нулю, система находится в равновесии, что указывает на отсутствие чистого изменения состава системы с течением времени.

Понимание свободной энергии Гиббса помогает ориентироваться в сложностях химических реакций и термодинамических процессов, предоставляя количественную основу для рассмотрения спонтанности и равновесия.