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2.5: 깁스 무료 에너지 및 열역학적 호의
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Organic Chemistry

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깁스 무료 에너지 및 열역학적 호의
 
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2.5: 깁스 무료 에너지 및 열역학적 호의

공정의 자발성은 시스템의 온도에 따라 달라집니다. 예를 들어, 위상 전이는 문제의 물질의 온도에 따라 한 방향으로 또는 다른 방향으로 자발적으로 진행됩니다. 마찬가지로, 일부 화학 반응은 또한 온도 의존자성을 나타낼 수 있습니다. 이 개념을 설명하기 위해 프로세스의 엔탈피 및 엔트로피 변경에 대한 자유 에너지 변화와 관련된 방정식이 고려됩니다.

Eq1

자유 에너지 변화의 산술 표시에 반영된 프로세스의 자발성은, 그 때 엔탈피및 엔트로피 변경의 표시및, 어떤 경우에는 절대 온도에 의해 결정됩니다. T는 절대(켈빈) 온도이므로 양수 값만 가질 수 있습니다. 따라서 엔탈피 및 엔트로피 변화의 징후와 관련하여 네 가지 가능성이 존재합니다.

  1. ΔH와 ΔS 모두 양수입니다. 이 조건은 시스템 엔트로피의 증가를 포함하는 빈체 프로세스를 기술합니다. 이 경우, ΔG는 TΔS 용어의 크기가 ΔH보다크면 음수가 됩니다. TΔS 용어가 ΔH보다적으면 자유 에너지 변화가 긍정적일 것입니다. 이러한 과정은 고온에서 자발적이며 저온에서 비자발적입니다.
  2. ΔH와 ΔS 는 모두 음수입니다. 이 조건은 시스템 엔트로피의 감소를 포함하는 exothermic 프로세스를 기술합니다. 이 경우, ΔG는 TΔS 용어의 크기가 ΔH보다적으면 음수가 됩니다. TΔS 용어의 크기가 ΔH보다크면 자유 에너지 변화가 긍정적일 것입니다. 이러한 과정은 낮은 온도에서 자발적이며 고온에서 비자발적입니다.
  3. ΔH는 양수이고 ΔS는 음수입니다. 이 조건은 시스템 엔트로피의 감소를 포함하는 엔더피프로세스를 기술합니다. 이 경우 ΔG는 온도에 관계없이 양수입니다. 이러한 과정은 모든 온도에서 비자발적입니다.
  4. ΔH는 음수이고 ΔS는 양수입니다. 이 조건은 시스템 엔트로피의 증가를 포함하는 exothermic 프로세스를 기술합니다. 이 경우 ΔG는 온도에 관계없이 음수가 됩니다. 이러한 과정은 모든 온도에서 자발적입니다.

공정에 대한 자유로운 에너지 변화는 추진력의 척도로 간주될 수 있다. ΔG에 대한 음수 값은 전방 방향의 공정에 대한 원동력을 나타내며 양수 값은 역방향 공정의 원동력을 나타냅니다. ΔGrxn이 0이면 전방 및 역 주행 힘이 같으며 프로세스가 동일한 속도로 양방향으로 발생합니다(시스템은 평형에 있음).

Q는 시스템에 대한 질량 행동 표현식의 수치값이며, 그 값은 평형을 달성하기 위해 반응이 진행되는 방향을 식별하는 데 사용될 수 있음을 기억한다. Q가 평형 상수보다 적을 때, K,평형에 도달할 때까지 반응이 전진 방향으로 진행되고 Q = K. 반대로 Q> K가되면 평형이 달성될 때까지 프로세스가 역방향으로 진행됩니다.

비표준 조건(100kPa 이외의 압력, 1M 이외의 농도)에 존재하는 반응제 및 제품과 함께 일어나는 공정에 대한 무료 에너지 변화는 이 방정식에 따른 표준 자유 에너지 변화와 관련이 있습니다.

Eq2

R은 가스 상수(8.314 J/K 몰), T는 켈빈 또는 절대 온도이며, Q는 반응 지수이다. 평형시스템에서의 시스템의 경우 Q = K 및 ΔG = 0, 이전 방정식은

Eq3

Eq4

방정식의이 형태는 이러한 두 가지 필수 열역학 특성 사이의 유용한 링크를 제공하고, 표준 무료 에너지 변화에서 평형 상수를 파생하는 데 사용할 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 표준 자유 에너지 변화와 평형 상수 간의 관계는 아래 요약되어 있습니다.

K> 1, ΔG°< 0및 제품은 반응 혼합물에 더 풍부하다.

K< 1, ΔG°> 0및 반응제는 반응 혼합물에 더 풍부하다.

K = 1, ΔG° = 0 및 반응제 및 제품이 반응 혼합물에 비교적 풍부하다.

이 텍스트는 오픈탁스, 화학 2e, 섹션 16.4: 무료 에너지에서 채택됩니다.  

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