Gibbsova voľná energia

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie

Gibbsova voľná energia[1][2] alebo Gibbsova energia[1][2] (symbol ) je termodynamická veličina. Vyjadruje termodynamický potenciál, ktorý môže byť použitý na výpočet maximálneho množstva práce, ktorú je schopný vykonať termodynamický uzavretý systém za konštantnej teploty a tlaku. Takisto popisuje nutné podmienky pre procesy, ako napríklad chemické reakcie, ktoré môžu za týchto podmienok prebiehať.

Zmena Gibbsovej voľnej energie (, meraná v jouloch v SI jednotkách) je maximálna neexpanzívna práca, ktorú je možné získať z uzavretého systému (systému, ktorý môže vymieňať teplo a prácu so svojím okolím, ale nie hmotu) pri nemennej teplote a tlaku. Toto maximum je možné získať len v prípade úplne vratného procesu. Ak sa systém zmení reverzibilne z počiatočného stavu na koncový stav za týchto podmienok, zníženie Gibbsovej voľnej energie sa rovná práci, ktorú systém vykonal na svoje okolia, mínus práca tvorená tlakovými silami (expanzia systému).[3]

Gibbsova energia je termodynamický potenciál, ktorý je minimalizovaný, keď systém dosiahne chemickú rovnováhu za konštantného tlaku a teploty, ak nie je riadený aplikovaným elektrickým napätím. Jeho derivácia voči reakčnej koordináte systému je v rovnováhe rovná nule. To znamená, že aby reakcia bola spontánna, musí za týchto podmienok dôjsť z zníženiu .

Koncept Gibbsovej voľnej energie, pôvodne nazývaný dostupná energia, vyvinul v 70. rokoch 19. storočia americký vedec Josiah Willard Gibbs. V roku 1873 popísal „dostupnú energiu“ ako[4]:400

najväčšie množstvo mechanickej práce, ktoré je možné získať z daného množstva konkrétnej látky v jej počiatočnom stave bez zmeny celkového objemu alebo umožnenia prenosu tepla z iných telies, okrem tých, ktoré sú na konci procesov ponechané vo svojom pôvodnom stave.

Počiatočný stav telesa, ako ho popísal Gibbs, je taký stav, v ktorom "je teleso možné previesť do iných stavov disipatívnej energie reverzibilnými procesmi." V roku 1876 jeho magnum opus On the Equilibrium of Heterogeneous Substances (O rovnováhe a heterogénnych látkach), grafickej analýze multifázových chemických systémoch, sa plne venoval jeho myšlienkam ohľadne chemickej voľnej energie.

Ak sú reaktanty a produkty všetky v ich termodynamických štandardných stavoch, tak je rovnica pre Gibbsovu voľnú energiu , kde je entalpia, je absolútna teplota a je entropia.

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. a b Termodynamika v biologických systémoch [online]. [Cit. 2022-08-16]. Dostupné online.
  2. a b Termodynamika 2 [online]. [Cit. 2022-08-16]. Dostupné online.
  3. PERROT, Pierre. A to Z of Thermodynamics. [s.l.] : Oxford University Press, 1998. ISBN 0-19-856552-6.
  4. A Method of Geometrical Representation of the Thermodynamic Properties of Substances by Means of Surfaces. Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences, December 1873, s. 382–404. Dostupné online.

Zdroj[upraviť | upraviť zdroj]

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Gibbs free energy na anglickej Wikipédii.