Back to chapter

17.6:

깁스 자유에너지

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Gibbs Free Energy

Languages

Share

열역학 제2법칙에 따르면 모든 자발적 과정에서 우주의 엔트로피, 즉 계의 엔트로피와 주변의 엔트로피의 합은 증가합니다. 계의 엔트로피는 표준 몰 엔트로피를 통해 계산할 수 있지만 주변의 엔트로피는 계산이나 측정이 더 어렵습니다. 따라서 제이 윌라드 깁스는 주변 환경이 아닌 계의 엔트로피와 엔탈피를 통해서만 자발성을 결정할 수 있는 새로운 열역학 함수를 정의했습니다.일정한 압력 및 온도 조건에서 주변의 델타 S는 계의 음의 델타 H를 온도 T로 나눈 값과 같다는 점을 기억하십시오. 이 항을 두 2법칙을 나타내는 방정식에 대입할 수 있습니다. 두 변에 모두 음수 T를 곱하면 방정식은 이제 우주의 델타 S 곱하기 음의 T가 되며, 이는 시스템의 델타 H에서 시스템의 델타 S의 T를 뺀 값과 같습니다.방정식의 오른쪽에 있는 열역학 함수인 엔탈피 및 엔트로피는 모두 계에 전적으로 의존합니다. 엔탈피와 엔트로피는 상태 함수이기 때문에 새로운 상태 함수는 음의 T에 우주의 엔트로피를 곱한 것으로 정의될 수 있습니다. 이 새로운 용어를 깁스 자유 에너지라고 부르며 문자 G로 표시됩니다.델타 G에 대한 방정식을 통해 자발적 반응에 대한 새로운 기준을 얻게 됩니다. 엔탈피 변화와 엔트로피 변경 온도 간의 차이는 0보다 작아야 합니다. 델타 G는 계의 기계적 포텐셜 에너지와 유사하기 때문에 화학포텐셜라고도 합니다.공이 위치 에너지를 낮추기 위해 항상 아래로 굴러가는 것처럼 화학 반응도 화학적 포텐셜을 낮추기 위해 진행됩니다. 따라서 일정한 온도와 압력에서 계의 자유 에너지가 감소하면, 다시 말해서 델타 G가 0보다 작으면 반응은 자발적입니다. 반대로 계의 자유 에너지가 증가하면 델타 G는 0보다 크며 반응은 자발적이지 않습니다.델타 G가 0이면 반응물과 생성물은 평형 상태에 있습니다.

17.6:

깁스 자유에너지

열역학의 제2법칙을 사용하여 공정이 자발적인지 를 결정하는 과제 중 하나는 시스템에 대한 엔트로피 변경과 주변 환경에 대한 엔트로피 변화의 측정이 필요하다는 것입니다. 시스템 특성측면에서 정의된 새로운 열역학적 특성과 관련된 대안은 19세기 후반에 미국의 수학자 조시아 윌라드 깁스(Josiah Willard Gibbs)에 의해 도입되었습니다. 이 새로운 속성은 깁스 자유 에너지(G)(또는 단순히 자유 에너지)라고하며, 다음과 같은 시스템의 엔탈피와 엔트로피의 관점에서 정의됩니다 .

Eq1

자유 에너지는 상태 기능이며, 일정한 온도 및 압력에서, 자유 에너지 변화(ΔG)는다음과 같이 표현될 수 있다.

Eq2

이 시스템 속성과 프로세스의 자발성 사이의 관계는 이전에 파생된 두 번째 법 표현을 회수하여 이해할 수 있습니다.

Eq3

첫 번째 법은 qsurr = –qsys,그리고 일정한 압력 qsys = ΔH에서이 표현이 다음과 같이 다시 작성될 수 있도록 요구합니다.

Eq4

이 방정식의 양쪽을 곱 –T 및 재배열은 다음과 같은 수반합니다 .

Eq5

단순성을 위해 하위 스크립트 “sys”를 생략할 수 있으며 표현식은

Eq6

이 방정식을 무료 에너지 변경을 위해 이전 방정식과 비교하면 다음과 같은 관계가 표시됩니다.

Eq7

자유 에너지 변화는, 따라서, 프로세스의 자발성의 신뢰할 수있는 지표, 그것은 직접 이전에 식별 된 자발성 지표와 관련이 있기 때문에, ΔS대브.

ΔS가 0, ΔG & 0및 반응이 자발적인 경우.

ΔS가 0, ΔG > 0및 반응이 비자발적인 경우.

ΔS가 = 0, ΔG = 0및 반응이 평형에 있는 경우.

이 텍스트는 오픈 탁스, 화학 2e, 장 16.4에서 적응 : 무료 에너지.