אנרגיה חופשית של גיבס

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
פוטנציאלים תרמודינמיים
אנרגיה פנימית
אנרגיה חופשית
אנרגיה חופשית של הלמהולץ
אנרגיה חופשית של גיבס
אנתלפיה
פוטנציאל גראנד קנוני

האנרגיה החופשית של גיבס היא מידת העבודה "החופשית" שניתן להפיק ממערכת סגורה כאשר הלחץ והטמפרטורה קבועים. תחת אילוצים אלו, היא מגיעה למינימום כאשר המערכת בשווי משקל. האנרגיה החופשית של גיבס היא אם-כן הפוטנציאל התרמודינמי שהמשתנים הטבעיים שלו הם הטמפרטורה והלחץ. מכיוון שבתגובות כימיות הטמפרטורה והלחץ הם בדרך כלל המשתנים הנשלטים, יש לאנרגיה החופשית של גיבס חשיבות רבה בקביעת הכיוון המועדף של התגובה.

האנרגיה החופשית של גיבס פותחה בשנות ה-70 של המאה ה-19 על ידי המתמטיקאי האמריקאי ג'וסיה וילארד גיבס.

האנרגיה החופשית של גיבס מסומנת באות \ G , ונקראת על שם המדען האמריקני ג'וסיה וילארד גיבס. היא מוגדרת כ:

\ G = H - TS = U - TS + PV

כאשר

האנרגיה החופשית של גיבס היא בעלת חשיבות רבה לצורך אפיון של מערכת. היא גורם בקביעת המתח של תא אלקטרוכימי וקבוע שיווי משקל לתהליכים הפיכים. היא גם ידועה בשמות שונים כגון פונקציית האנרגיה של גיבס, אנרגיה חופשית, אנתלפיה חופשית ופוטנציאל תרמודינמי בלחץ קבוע.

האנרגיה החופשית של גיבס היא הפוטנציאל התרמודינמי שמתקבל כאשר מבצעים התמרת לז'נדר על האנרגיה הפנימית כך שהטמפרטורה והלחץ הופכים למשתנים הנשלטים במקום האנטרופיה והנפח. הדיפרנציאל (בתהליכים הפיכים) של האנרגיה החופשית של גיבס מתקבל מהדיפרנציאל של האנרגיה הפנימית:

\ dG= dU-d(ST)+d(PV) = -SdT +VdP+ \sum_i \mu_i d N_i.

האנרגיה החופשית היא כלי נוח לקביעת הכוון הספונטני של תגובה:

  • \ \Delta G < 0 - תהליך ספונטני
  • \ \Delta G = 0 - שווי משקל כימי - התגובה תתרחש בשני הכיוונים במידה שווה, היחס בין המגיבים לתוצרים יישאר קבוע.
  • \ \Delta G > 0 - התגובה תתרחש בעיקר בכוון ההפוך