Критерій спонтанності хімічних реакцій і фазових переходів. Поєднує ентальпію та ентропію в одній термодинамічній функції стану.
Вільна енергія Гіббса G (або потенціал Гіббса) — це термодинамічна функція стану, що визначає максимальну корисну роботу, яку може виконати система за сталого тиску і температури. Уведена Джайделем Вілардом Гіббсом у 1875–1878 роках.
Зміна ΔG при ізобарно-ізотермічному процесі:
| Символ | Величина | Одиниця (СІ) |
|---|---|---|
| ΔG | Зміна вільної енергії Гіббса | Дж або кДж/моль |
| ΔH | Зміна ентальпії (теплота реакції) | кДж/моль |
| T | Абсолютна температура | К (кельвіни) |
| ΔS | Зміна ентропії | Дж/(моль·К) |
Реакція спонтанна (йде самовільно в прямому напрямку)
Система в рівновазі (пряма та зворотна реакції рівноімовірні)
Реакція несамовільна (спонтанно йде у зворотному напрямку)
⚠️ Знак ΔG говорить про можливість реакції, але не про її швидкість. Реакція може мати ΔG ≪ 0 і все одно бути повільною через високий енергетичний бар'єр активації.
| ΔH | ΔS | Знак ΔG | Висновок |
|---|---|---|---|
| − (екзотермічна) | + (зростає) | Завжди − | Спонтанна при будь-якій T |
| + (ендотермічна) | − (зменшується) | Завжди + | Ніколи не спонтанна |
| − (екзо) | − (зменш.) | Залежить від T | Спонтанна при низьких T |
| + (ендо) | + (зростає) | Залежить від T | Спонтанна при високих T |
Температура перетину (ΔG = 0): T* = ΔH / ΔS
За стандартних умов (T = 298.15 К, P = 1 атм, концентрації = 1 моль/л):
де ΔG°f — стандартна ентальпія утворення, що табульована для більшості речовин.
R = 8.314 Дж/(моль·К) — газова стала; K — константа рівноваги. При T = 298 К: ΔG° = −5708 × log K (у Дж/моль).
n — кількість переданих електронів, F = 96 485 Кл/моль, E° — стандартна ЕРС.
Q — реакційне відношення (аналог K для поточних концентрацій).
ΔH° = −890.3 кДж/моль | ΔS° = −242.8 Дж/(моль·К)
ΔG° ≪ 0 → реакція термодинамічно дуже спонтанна (це підтверджує: метан горить із виділенням тепла і роботи). Проте реакція потребує ініціювання через бар'єр активації.
Цей розділ містить систематизований збірник формул з відповідної теми. Кожна формула наведена у загальному вигляді з поясненням позначень та вказівкою на область застосування.
Ключові формули: другий закон Ньютона F=ma, закон всесвітнього тяжіння, формули кінематики, теорема про роботу і кінетичну енергію.
Спочатку зрозумійте фізичний або математичний сенс формули, потім переходьте до числових підстановок. Перевіряйте розмірності одиниць перед обчисленням — це допомагає уникнути помилок.