미국 과학자 Josiah Willard Gibbs는 Gibbs에게 자유 에너지를 주었다. 열역학 법 및 깁스의 자유 에너지 방정식의 이점은 실험 비용과 시간을 줄입니다. Gibbs Free Energy는 열역학적 제 2 법칙을 기반으로하며, 이는 "추가 힘이 없으면 시스템의 고립 된 시스템 엔트로피에서 항상 증가된다"는 것을 의미합니다. 깁스 자유 에너지의 변화를 계산하는 것은 제품과 반응물 사이의 에너지 변화입니다.
깁스 자유 에너지 방정식
Gibbs Free Energy는 시스템의 엔탈피로 정의됩니다. 여기서 Gibbs 자유 에너지를위한 SI 장치는 줄라기입니다. 깁스의 자유 에너지는 화학 반응의 잠재적 추진력의 균형을 맞출 수 있습니다.
ΔG =ΔH - TΔS
여기서,
ΔG - 깁스 자유 에너지의 변화
ΔH - 엔탈피의 변화
T - 온도
ΔS - 엔트로피의 변화
엔트로피 (S)
엔트로피는 소중한 작업을 수행하기 위해 시스템에서 불가능한 단위 온도 당 열 에너지로 정의됩니다. 엔트로피의 SI 장치는 Joule / Kelvin입니다.
엔탈피 (H)
엔탈피는 내부 에너지와 압력 시간의 합으로 정의됩니다. 엔탈피를위한 SI 장치는 joule입니다.
h =u + pv
여기, u - 내부 에너지, 내부 에너지를위한 Si 단위는 joule
입니다.P - 압력, 압력을위한 Si 단위는 pa
입니다V - 볼륨, 부피를위한 Si 단위는 m3
입니다깁스 자유 에너지의 변화
깁스 자유 에너지의 변화는 반응물과 제품 사이의 에너지 변화입니다.
ΔGRXN =ΔG (생성물) - ΔG (반응물)
- 제품이 더 안정적 인 경우 ΔGrxn은 음수입니다. 그것은 반응이 외계인임을 의미합니다.
- 반응물이 더 안정적이면 ΔGrxn은 양수입니다. 그것은 반응이 endergonic임을 의미합니다.
표준 자유 에너지의 변화와 평형 상수의 변화는
로 도출됩니다.ΔGRXN =-2.303 RT LOGKEQ (r =8.314 kJ/kelvin/mol)
자발적 공정
추가 힘없이 반응이 발생하면 자발적인 과정으로 알려져 있으며, 이는 느리거나 빠를 수 있습니다. 시스템의 자발성은 운동 또는 반응에 의존하지 않습니다.
예 :카본 다이아몬드는 흑연으로 변신합니다
자발적이지 않은 프로세스
추가 힘으로 반응이 발생하는 경우 자발적이지 않은 과정으로 알려져 있습니다.
예 :물에 얼음을 녹이는 것.
Exergonic 프로세스
엑서닉 반응은 추가 힘없이 에너지가 방출되는 반응입니다. 여기서 자유 에너지의 변화는 부정적입니다.
ΔG <0 "g"는 음성입니다
엔도 닉 공정
endergonic 반응은 추가 힘으로 에너지가 방출되는 반응입니다. 여기서 자유 에너지의 변화는 긍정적일 것입니다. Endergonic 프로세스는 더 많은 출발 물질을 얻기 위해 반대 방향으로 작용합니다.
ΔG> 0“G”는 양수입니다
깁스 자유 에너지의 변화 계산
- Co + H forO → Co₂ + H₂ (∆S =-135 J/K, ∆H =-41.2), find
- i) ∆G =? ii) 305 K에서 ∆G. 어떤 반응이 자발적인지 설명합니까?
답 :
i) ∆G =∆H - T∆S
=-41.2 -(298 x (-135 x 10⁻3))
=- 97 kj
∆G는 0보다 작으므로 자발적입니다.
- ii) ∆G =∆H - T∆S
=-41.2-(305 (-135 x 10-3))
=0
∆G가 0보다 작을 때 =반응은 자발적입니다
∆G가 0보다 클 때, 역 반응은 자발적입니다.
- 평형 상수를 계산, 298 K에서 k (∆G =33.4)
답 :
K
의 ∆G =-rt33.4 =-(8.314 x 10-3) 298 in k
k =-13.5
k =1.4 x 10-6
- 298 k 에서 평형 상수 K를 계산합니다
2N2O +3O2 4NO2 ∆H =-31.6 kJ, ∆S =-98 J/K
답 :
∆G =T - ∆S
=-31.6 -(298 x -98 x 10-3)
=-2.40 kj
따라서
K,
∆G =- rt 잉크
-2.40 =-((8.314 x 10-3) x 298) in k
k =2.64
- ATP가 293 K에서 ADP로 변환 될 때 에너지 변화를 계산합니까? (∆H =19.07 kcal, ∆S =90 cal/k)
답 :
∆G =∆H - T∆S
=19.07-(293 (90 x 10-3))
=- 7.3 kcal
- 298.15 k 에서 반응의 ΔG를 계산합니다
(ΔH =-128.3 kJ, ΔS =-159.5 J K-1)
답 :ΔG =ΔH - TΔS
=-128- (298.15 x -159.5)
=-80.75 kj
결론
Gibbs의 자유 에너지 공식은 작업을 수행하기 전에 실험 결과를 찾는 데 도움이되며, 이로 인해 엔탈피 (Δ h), 엔트로피 (Δ s) 및 프로세스 방향 (자발적 또는 비기간)과 같은 다른 매개 변수를 찾을 수 있습니다. 깁스 자유 에너지의 변화는 제품과 반응물 사이의 에너지 변화입니다. 제품이 안정적이면 에너지의 차이는 음성입니다. 그렇지 않다면 깁스 자유 에너지의 변화는 긍정적일 것입니다.
