Was ist Gibbs Freie Energie in der Chemie?

In den Anfängen der Chemie verwendeten Chemiker den Begriff "Affinität", um die Kraft zu beschreiben, die für chemische Reaktionen verantwortlich ist. In der Neuzeit wird Affinität als Gibbs-freie Energie bezeichnet.

Definition

Die freie Energie nach Gibbs ist ein Maß für das Potenzial für reversible oder maximale Arbeit, die ein System bei konstanter Temperatur und konstantem Druck ausführen kann. Es ist eine thermodynamische Eigenschaft, die 1876 von Josiah Willard Gibbs definiert wurde, um vorherzusagen, ob ein Prozess bei konstanter Temperatur und konstantem Druck spontan ablaufen wird. Gibbs freie Energie G ist definiert als

G = H - TS

wo H, T, und S sind die Enthalpie, Temperatur und Entropie. Das SI Einheit für Gibbs-Energie ist das Kilojoule.

Änderungen in der Gibbs-freien Energie G entsprechen Änderungen der freien Energie für Prozesse bei konstanter Temperatur und konstantem Druck. Die Änderung der freien Gibbs-Energieänderung ist die maximale Nichtexpansionsarbeit, die unter diesen Bedingungen in einem geschlossenen System erzielt werden kann. ΔG ist negativ für spontane Prozesse, positiv für nicht spontane Prozesse und null für Prozesse im Gleichgewicht.

Gibbs freie Energieist auch bekannt als(G), Gibbs 'freie Energie, Gibbs'sche Energie oder Gibbs'sche Funktion. Manchmal wird der Begriff "freie Enthalpie" verwendet, um sie von der freien Helmholtz-Energie zu unterscheiden.

Die von der Internationalen Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) empfohlene Terminologie lautet Gibbs-Energie oder Gibbs-Funktion.

Positive und negative freie Energie

Das Vorzeichen eines Gibbs'schen Energiewertes kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine chemische Reaktion spontan abläuft oder nicht. Ist das Zeichen für ΔG positiv ist, muss zusätzliche Energie eingegeben werden, damit die Reaktion abläuft. Ist das Zeichen für ΔG negativ ist, ist die Reaktion thermodynamisch günstig und tritt spontan auf.

Nur weil eine Reaktion spontan auftritt, heißt das nicht, dass sie schnell auftritt. Die Bildung von Rost (Eisenoxid) aus Eisen ist spontan, tritt jedoch zu langsam auf, um beobachtet zu werden. Die Reaktion:

C_(s)^Diamant → C_(s)^Graphit 

hat auch ein negatives ΔG Bei 25 ° C und 1 Atmosphäre scheinen sich Diamanten jedoch nicht spontan in Graphit zu verwandeln.