Що таке енергія Гіббса

Мимовільність протікання процесів в системах відкритого та закритого типів описується через спеціальний критерій, який отримав назву енергія Гіббса. Він є функцією стану. Д.У. Гіббс, працюючи з термодинамічними системами, зумів вивести її через ентропію і ентальпію. Енергія Гіббса, зокрема, дозволяє передбачати спрямованість протікання самовільних біологічних процесів і оцінювати їх теоретично досяжний ККД.

Якщо застосувати висновки Гіббса до другого термодинамическому закону, то формулювання буде наступною: при постійних (const) тиску і температурі без зовнішнього впливу система може підтримувати мимовільне протікання лише таких процесів, наслідком яких є зменшення рівня енергії Гіббса до значення, яке настає при досягненні нею усталеного мінімуму. Рівновага будь термодинамічної системи означає незмінність зазначеної енергії (мінімум). Тому енергія Гіббса являє собою потенціал (вільну ентальпію) в ізобарно-ізотермічних системах. Пояснимо, чому вказаний саме мінімум. Справа в тому, що це одне з найважливіших постулатів рівноваги в термодинаміки: даний стан при незмінності температури і тиску означає, що для чергової зміни необхідно збільшити рівень енергії, а таке можливе лише при зміні будь-яких зовнішніх факторів.

Літерне позначення - G. Чисельно дорівнює різниці між відомою ентальпією і значенням твори температури на ентропію. Тобто енергія Гіббса може бути виражена через наступну формулу:

G = H - (S * t),

де S - ентропія системи-t - температура термодінаміческая- H - ентальпія. Ентропія системи в дану формулу включена для того, щоб враховувати той факт, що висока температура призводить до зменшення упорядкованого стану системи (безлад), а низька ж - навпаки.

Так як і гиббсової енергія, і ентальпія - одні з функцій системи в термодинаміки, то за допомогою зміни G або H можна охарактеризувати протікають хімічні перетворення. Якщо наводиться рівняння реакції і зміна енергії Гіббса, то його відносять до класу термохімічних.

Стосовно до цієї енергії може бути сформульовано Правило Гесса: якщо тиск та температура незмінні, то створення нових речовин з початкових (базових реагентів) призводить до того, що енергія в системі змінюється, при цьому вид відбуваються реакцій і їх кількість на результат ніяк не впливають.

Так як енергія, про яку йдеться в статті, є мінливою величиною, то для виконання розрахунків було введено поняття «стандартна енергія Гіббса». Ця величина присутній в будь-якому хімічному довіднику, чисельно дорівнює 298 кДж / моль (зверніть увагу, що розмірність точно така ж, як для будь-якої іншої молярної енергії). Це значення дозволяє розрахувати зміну практично для будь-якого хімічного процесу.

Якщо в процесі протікання хімічної реакції на систему виявляється зовнішній вплив (відбувається робота), то значення енергії Гіббса збільшується. Такі реакції відносять до ендергонічеськие. Відповідно, якщо сама система здійснює роботу, витрачаючи енергію, то мова йде про екзергонічеськие проявах.

Поняття гиббсової енергії знайшло найширше застосування в сучасній хімії. Наприклад, синтез полімерів заснований на реакціях приєднання. При їх проведенні кілька частинок об`єднуються в одну, при цьому значення ентропії зменшується. Базуючись на формулі Гіббса, можна стверджувати, що зовнішній вплив (наприклад, високотемпературне) може звернути подібну екзотермічну реакцію приєднання, що і підтверджується на практиці.