Wpływ temperatury na swobodną energię

Aby reakcja była spontaniczna przy stałej temperaturze i ciśnieniu, zmiana energii swobodnej Gibbsa, ΔG, musi być mniejsza od zera.

Znak ΔG zależy od znaków i względnych wartości entalpii, entropii i temperatury.

Entalpia sprzyja spontaniczności, gdy reakcja uwalnia ciepło do otoczenia, podczas gdy entropia sprzyja spontaniczności, gdy w systemie jest więcej nieporządku.

Jeżeli ΔH jest ujemne, a ΔS jest dodatnie, jak w reakcji wodorotlenku sodu z kwasem solnym, ΔG jest ujemne we wszystkich temperaturach. Tak więc reakcje egzotermiczne – w których wzrasta entropia układu – są zawsze spontaniczne.

Jeśli zarówno ΔH, jak i ΔS są ujemne, ΔG zależy od temperatury. Weźmy pod uwagę zamarzanie wody w lód, reakcję egzotermiczną, w której entropia układu maleje.

W temperaturach poniżej punktu zamarzania woda zamarza samoistnie, uwalniając ciepło i stając się bardziej uporządkowana. Zatem reakcje z ujemnymi zmianami entalpii i entropii są spontaniczne tylko w niskich temperaturach.

ΔG jest również zależne od temperatury, jeśli zarówno ΔH, jak i ΔS są dodatnie.

Typowym przykładem jest chemiczny zimny okład, w którym stały azotan amonu rozpuszcza się w wodzie, która pochłania ciepło z otoczenia. Ta reakcja endotermiczna przebiega spontanicznie w temperaturze pokojowej z powodu wzrostu nieporządku systemu. Zatem reakcje z dodatnimi zmianami entalpii i entropii są spontaniczne tylko w wyższych temperaturach.

Gdyby temperatura została obniżona tak, że TΔS stanie się mniejsze niż ΔH, ΔG będzie dodatnie, a reakcja stanie się niespontaniczna.

Gdy ΔH jest dodatnie, a ΔS jest ujemne, ΔG jest zawsze dodatnie, a reakcja jest niespontaniczna we wszystkich temperaturach.