Свободная энергия Гиббса

Второй закон термодинамики гласит, что для всех самопроизвольных процессов энтропия Вселенной сумма энтропии системы и энтропии окружающей среды увеличивается. В то время как энтропия системы может быть вычислена из стандартных молярных энтропий, энтропию окружающей среды труднее вычислить или измерить. Поэтому Дж.Уиллард Гиббс определил новую термодинамическую функцию, которая позволяет определять самопроизвольность исключительно через энтропию и энтальпию системы, а не окружающей среды.

Напомним, что в условиях постоянного давления и температуры дельта S окружающей среды равна отрицательной дельте H системы, деленной на температуру T.Это выражение можно подставить в уравнение, представляющее второй закон. Когда обе стороны умножаются на отрицательное T, уравнение преобразуется к виду:минус T, умножить на дельта S Вселенной, равно дельта H системы минус T, умножить на дельта S системы. Термодинамические функции в правой части уравнения энтальпия и энтропия зависят исключительно от системы.

Поскольку и энтальпия, и энтропия являются функциями состояния, новую функцию состояния можно определить как отрицательное T, умноженное на энтропию вселенной. Этот новый термин называется свободной энергией Гиббса и обозначается буквой G.Уравнение для дельты G приводит к новому критерию самопроизвольных реакций. Разница между изменением энтальпии и температурой изменения энтропии должна быть меньше нуля.

Дельта G также известна как химический потенциал, потому что она подобна механической потенциальной энергии системы. Точно так же, как мяч всегда будет катиться вниз, чтобы снизить свою потенциальную энергию, химическая реакция снижает свой химический потенциал. Таким образом, при постоянных температуре и давлении, если свободная энергия системы уменьшается, то есть дельта G меньше нуля, реакция является самопроизвольной.

И наоборот, если свободная энергия системы увеличивается, дельта G больше нуля, и реакция не является самопроизвольной. Если дельта G равна нулю, то исходные вещества и продукты находятся в равновесии.