Gibbs serbest enerjisi
Kısa tanım
Sabit sıcaklık ve basınçta bir tepkimenin kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini gösteren termodinamik büyüklük.
Diğer adları: Gibbs enerjisi, Serbest entalpi, ΔG
Bazı tepkimeler kendiliğinden yürür, bazılarını başlatmak için sürekli enerji vermek gerekir. Bu ikisini ayırt eden ölçüt, 19. yüzyılda Josiah Willard Gibbs'in tanımladığı Gibbs serbest enerjisidir. Kimyada genellikle değişimi, yani ΔG kullanılır.
Temel denklem
ΔG = ΔH − T × ΔS
- ΔH: entalpi değişimi (kJ),
- T: mutlak sıcaklık (K),
- ΔS: entropi değişimi (kJ/K).
İşaretin anlamı
- ΔG < 0: tepkime kendiliğinden yürür (istemli),
- ΔG > 0: kendiliğinden yürümez, ters yön istemlidir,
- ΔG = 0: sistem dengededir.
Örnek
ΔH = −100 kJ, ΔS = −0,200 kJ/K ve sıcaklık 298 K olsun. ΔG = −100 − 298 × (−0,200) = −100 + 59,6 = −40,4 kJ. Tepkime oda sıcaklığında istemlidir. Ancak entropi azaldığı için sıcaklık yükseldikçe TΔS terimi büyür: 500 K'de ΔG = −100 + 100 = 0 olur ve bu sıcaklığın üstünde tepkime istemsizleşir. Değerleri Gibbs serbest enerjisi hesaplama aracına girerek dönüm sıcaklığını bulabilirsin.
Denge sabitiyle bağlantısı
Standart koşullarda ΔG° ile denge sabiti arasında ΔG° = −R × T × ln K ilişkisi vardır. ΔG° ne kadar negatifse K o kadar büyük, yani denge ürünler tarafına o kadar kaymıştır. K hesabı için denge sabiti aracı, ΔH için Hess yasası entalpi hesabı kullanılabilir.
Sık yapılan hatalar
Entalpi genellikle kJ, entropi J/K cinsinden verilir; birimleri eşitlemeden işlem yapmak bin kat hataya yol açar. Ayrıca ΔG yalnızca tepkimenin mümkün olup olmadığını söyler, hızını söylemez: elmasın grafite dönüşmesi istemlidir ama pratikte son derece yavaştır.