ギブス自由エネルギー

熱力学の第二法則は、すべての自発的なプロセスについて、宇宙のエントロピー(システムのエントロピーと周囲のエントロピーの合計)が増加すると述べています。

システムのエントロピーは標準のモルエントロピーから計算できますが、周囲のエントロピーは計算または測定するのがより困難です。

したがって、J.ウィラードギブズは、自発性が周囲の環境ではなく、システムのエントロピーとエンタルピーによってのみ決定されることを可能にする新しい熱力学的関数を定義しました。

一定の圧力および温度条件下では、周囲のΔSは、システムの負のΔHを温度Tで割ったものに等しいことを思い出してください。この項は、第 2 法則を表す方程式に置き換えることができます。

両側に負のTを掛けると、方程式は次のようになります:-TΔS_univ = ΔH_sys − TΔS sys。方程式の右側にある熱力学関数 (エンタルピーとエントロピー) は、どちらもシステムにのみ依存します。

エンタルピーとエントロピーはどちらも状態関数であるため、新しい状態関数は -TΔS univ と定義できます。この新しい用語はギブス自由エネルギーと呼ばれ、文字Gで表されます。

ΔGの方程式は、自発反応の新しい基準を導きます。エンタルピーの変化と温度またはエントロピーの変化との差は、ゼロ未満である必要があります。

ΔGは、システムの機械的ポテンシャルエネルギーに似ているため、化学ポテンシャルとも呼ばれます。

ボールがポテンシャルエネルギーを下げるために常に坂を下るように、化学反応が進行して化学ポテンシャルを下げます。

したがって、一定の温度および圧力で、系の自由エネルギーが減少する(すなわち、ΔG<0)場合、反応は自発的である。

逆に、系の自由エネルギーが増加すると、ΔG>0になり、反応は自発的ではありません。

ΔG = 0の場合、反応物と生成物は平衡状態にあります。