Gibbsova voľná energia

Gibbsova voľná energia alebo Gibbsova energia (symbol $G$) 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 ($\Delta G=\Delta H-T\Delta S$, 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).

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 $G$.

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

„

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 $\Delta G^{o}=\Delta H^{o}-T\Delta S^{o}$, kde $H$ je entalpia, $T$ je absolútna teplota a $S$ je entropia.

Zdroj

Chemický portál

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