В термодинамике свободная энергия Гиббса также известна как свободная энтальпия, которая представляет собой термодинамический потенциал, который можно использовать для расчета максимальной обратимой работы, которую термодинамическая система может выполнять при постоянной температуре и давлении (изотермической, изобарической).
Как и в механике, где снижение потенциальной энергии определяется как максимальная работа, которую можно сделать, разные потенциалы имеют разное значение. Падение свободной энергии Гиббса (Джоули в международных единицах) - это максимальное количество работы без расширения, которое может быть извлечено из замкнутой термодинамической системы; этот максимум может быть достигнут только в полностью обратимом процессе.
Когда система обратимо переходит из своего начального состояния в конечное, уменьшение свободной энергии Гиббса равно работе, совершаемой системой с окружающей средой, уменьшенной за счет работы силы давления.
Свободная энергия Гиббса обозначается G и выражается уравнением G = H - TS.
Уравнение Гиббса-Гельмгольца:
ΔG = ΔH - TΔS
Это уравнение очень полезно для предсказания спонтанности процесса.
(i) Если ∆G отрицательно, процесс спонтанный.
(ii) Если ∆G положительна, процесс не является спонтанным.
(iii) Если равен нулю, процесс находится в равновесии
(Также читайте: Знакомство с законом Бойля)
Свободная энергия Гиббса, первоначально называемая доступной энергией, была разработана в 1870 году американским ученым Джозайей Уиллардом Гиббсом. В 1873 году Гиббс описал эту «доступную энергию» как:
«Наибольший объем механической работы, который может быть получен от вещества в определенном количестве в данном начальном состоянии, без увеличения объема или без возможности теплу течь к или от внешней стороны объекта, за исключением процессов закрытия, оставшихся в исходном состоянии».
Исходное состояние объекта, согласно Гиббсу, должно быть таким, чтобы «объекты можно было заставить перейти из состояния с высвобождением энергии с помощью обратимого процесса».
Свободная энергия Гиббса и равновесие
Δ r GƟ = Δ r HƟ - TΔ r SƟ = −2.303RTlogK
Куда:
K - константа равновесия
R - газовая постоянная
T - температура
Для сильной эндотермической реакции значение Δ r HƟ большое и положительное. Для этого значения реакция K будет намного меньше 1, и в результате реакции будет образован продукт.
Для сильной эндотермической реакции значение Δ r HƟ большое и отрицательное. Для такой реакции значение K будет больше 1.
