Что такое свободная энергия Гиббса

Разбирая вопрос, что такое свободная энергия Гиббса, важно понимать, что это термодинамическая функция состояния, определяющая возможность самопроизвольного протекания процесса при постоянных давлении и температуре. Величина объединяет энтальпийный и энтропийный факторы системы. Если изменение термодинамического потенциала отрицательно, реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении. При положительном значении процесс невозможен без подвода энергии извне, а при нуле система находится в состоянии химического равновесия.

$\Delta G = \Delta H - T \Delta S$

Разбор по случаям

Примеры

Расчет при стандартных условиях. Дано: энтальпия $\Delta H = -92.2\text{ кДж}$, энтропия $\Delta S = -198\text{ Дж/К}$ при $T = 298\text{ К}$.

Переведем энтропию в кДж: $\Delta S = -0.198\text{ кДж/К}$.

Вычислим изменение потенциала: $\Delta G = -92.2 - 298 \cdot (-0.198) = -92.2 + 59.0 = -33.2\text{ кДж}$.

Так как свободная энергия Гиббса отрицательна, химический процесс синтеза аммиака протекает самопроизвольно.

Определение температуры равновесия. Рассчитаем температуру, при которой реакция переходит в состояние равновесия, если $\Delta H = 178\text{ кДж}$, а $\Delta S = 161\text{ Дж/К} = 0.161\text{ кДж/К}$.

При равновесии $\Delta G = 0$, следовательно, $T = \Delta H / \Delta S$.

Подставляем значения: $T = 178 / 0.161 \approx 1105.6\text{ К}$.

При температуре выше $1105.6\text{ К}$ свободная энергия Гиббса становится отрицательной и процесс разложения становится возможным.

Частые ошибки

• Путаница между абсолютным значением функции и её изменением в ходе реакции.
• Забывают переводить значение энтропии из джоулей в килоджоули перед подстановкой в формулу.
• Использование температуры в градусах Цельсия вместо абсолютной температуры в кельвинах.

Коротко

Ответ на вопрос, что такое свободная энергия Гиббса, заключается в том, что это критерий самопроизвольности химических реакций при изобарно-изотермических условиях. Знание этой величины помогает химикам прогнозировать направление процессов и рассчитывать условия равновесия.