Gibbs Serbest Enerjisi

Bir işlemin kendiliğinden olup olmadığını belirlemek için termodinamiğin ikinci yasasını kullanmanın zorluklarından biri, sistem için ve çevre için entropi değişiminin ölçümlerini gerektirmesidir. Sistem özellikleri açısından tanımlanan yeni bir termodinamik özelliği içeren alternatif bir yaklaşım, yalnızca on dokuzuncu yüzyılın sonlarında Amerikalı matematikçi Josiah Willard Gibbs tarafından tanıtıldı. Bu yeni özelliğe Gibbs serbest enerji denir (G) (ya da sadece serbest enerji) ve bir sistemin aşağıdaki gibi entalpi ve entropisi açısından tanımlanır:

Serbest enerji bir durum fonksiyonudur ve sabit sıcaklık ve basınçta, serbest enerji değişimi (ΔG) aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

Bu sistem özelliği ile bir sürecin spontanlığı arasındaki ilişki, daha önce türetilmiş ikinci yasa ifadesini hatırlayarak anlaşılabilir:

Birinci yasa, q_surr = −q_sys ve sabit basınçta q_sys = ΔH eşitliklerini gerektirir, bu nedenle bu ifade şu şekilde yeniden yazılabilir:

Bu denklemin her iki tarafını da −T ile çarpmak ve yeniden düzenlemek aşağıdakileri verir:

Sadeleştirmek için, alt simge “sys” ihmal edilebilir ve ifade şu şekilde olur

Bu denklemin serbest enerji değişimi için bir öncekiyle karşılaştırılması aşağıdaki ilişkiyi gösterir:

Serbest enerji değişimi, bu nedenle, daha önce tanımlanmış spontanlık indikatörü (ΔS_univ) ile doğrudan ilişkili olduğu için bir sürecin kendiliğindenliğinin güvenilir bir göstergesidir.

Eğer ΔS_univ > 0 ise, ΔG < 0’tür ve reaksiyon spontandır.

Eğer ΔS_univ < 0 ise, ΔG > 0’tür ve reaksiyon non-spontandır.

Eğer ΔS_univ = 0 ise, ΔG = 0’tir ve reaksiyon dengededir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Chapter 16.4: Free Energy.