אנרגיה חופשית ושיווי משקל

גם קבוע שיווי המשקל וגם השינוי באנרגיה החופשית הסטנדרטית יכולים לשמש על מנת לקבוע אם תגובה נוטה לתוצרים או למגיבים. בכל הרכב של תערובת תגובה, הדלתא G של התגובה היא הסכום של האנרגיה החופשית הסטנדרטית, והמכפלה של RT והלוג הטבעי של מנת התגובה. כשהמגיבים והתוצרים נמצאים בשיווי משקל, השינוי באנרגיה החופשית הוא אפס ומנת התגובה שווה לקבוע שיווי המשקל.

אם כך, השינוי באנרגיה החופשית הסטנדרטית שווה למינוס RT ln K.אם דלתא G אפס היא פחות מאפס ln K הוא חיובי כלומר K גדול מאחד. במקרה הזה, היווצרות התוצר נוטה להיות עדריפה במצב של שיווי משקל. ככל שקבוע שיווי המשקל גדול יותר, כך שלילית יותר האנרגיה החופשית.

קחו לדוגמה את הפירוק של דו-נתרן טטרה-אוקסיד ב-298 קלווין, בה K הוא 1.34 10¹⁷. בהצבת הערכים הידועים בתוך המשוואה נגלה כי האנרגיה החופשית ה1.34 10¹⁷ של התגובה שווה מינוס 98 קילוג'ול למול, וצורת התוצר מועדפת. לעומת זאת, אם דלתא G אפס גדולה מאפס, ln K שלילי, כלומר K קטן מאחד והכיוון ההפוך של התגובה הוא המועדף.

חשבו על הפירוק של גז גופרית טריאוקסיד ב-298 קלווין, בעלת דלתא G אפס של 141.6 קילוג'ול למול. המשוואה יכולה להסתדר מחדש כך ש-ln K שווה למינוס דלתא G חלקי RT.הצבת הערכים הידועים במשוואה והעלאת e בחזקת התוצאה מגלות כי K הוא מאוד קטן, מה שמצביע על כך שהמגיב מועדף. ניכר שאם הטמפרטורה משתנה, קבוע שיווי המשקל ישתנה אף הוא.

תלות הטמפרטורה בקבוע שיווי המשקל יכולה לנבוע מהמשוואה שקושרת ישירות את K לדלתא G אפס בתגובה. דלתא G אפס יכולה להיות מוחלפת באנתלפיה התקנית פחות הטמפרטורה כפול האנטרופיה התקנית. התוצאה של חילוק שני הצדדים במינוס RT היא ln K שווה H מינוס דלתא RT ועוד R חלקי S דלתא.

משוואה זו היא בצורה של קו ישר שבו הלוג הטבעי של K משורטט כנגד אחד חלקי הטמפרטורה בקלווין עם שיפוע של דלתא H שלילית חלקי R וחיתוך עם ציר ה-y של דלתא S חלקי R.אם ערכי K נמדדים בשתי טמפרטורות מעט שונות, גרף זה יכול גם לשמש גם לחישוב השינוי באנתלפיה, בהנחה שהוא נשאר קבוע בטווח טמפרטורה מוגבל.