Wat is Gibbs vrije energie in de chemie?

In de begindagen van de chemie gebruikten chemici de term "affiniteit" om de kracht te beschrijven die verantwoordelijk is voor chemische reacties. In de moderne tijd wordt affiniteit Gibbs-vrije energie genoemd.

Definitie

Gibbs vrije energie is een maat voor het potentieel voor omkeerbaar of maximaal werk dat kan worden gedaan door een systeem bij constante temperatuur en druk. Het is een thermodynamische eigenschap die in 1876 door Josiah Willard Gibbs werd gedefinieerd om te voorspellen of een proces spontaan bij constante temperatuur en druk zal plaatsvinden. Gibbs gratis energie G is gedefinieerd als

G = H - TS

waar H, T, en S zijn de enthalpie, temperatuur en entropie. De SI eenheid voor Gibbs-energie is de kilojoule.

Veranderingen in de vrije energie van Gibbs G komen overeen met veranderingen in vrije energie voor processen bij constante temperatuur en druk. De verandering in Gibbs vrije energiewijziging is het maximale niet-expansiewerk dat onder deze omstandigheden in een gesloten systeem kan worden verkregen; AG is negatief voor spontane processen, positief voor niet-spontane processen en nul voor processen bij evenwicht.

Gibbs gratis energieis ook bekend als(G), vrije energie van Gibbs, Gibbs-energie of Gibbs-functie. Soms wordt de term "vrije enthalpie" gebruikt om het te onderscheiden van Helmholtz vrije energie.

De terminologie die wordt aanbevolen door de International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) is Gibbs-energie of Gibbs-functie.

Positieve en negatieve vrije energie

Het teken van een Gibbs-energiewaarde kan worden gebruikt om te bepalen of een chemische reactie spontaan verloopt. Als het teken voor AG is positief, moet extra energie worden ingevoerd om de reactie te laten plaatsvinden. Als het teken voor AG negatief is, is de reactie thermodynamisch gunstig en zal spontaan plaatsvinden.

Het feit dat een reactie spontaan optreedt, betekent echter niet dat deze snel optreedt. De vorming van roest (ijzeroxide) uit ijzer is spontaan, maar vindt te langzaam plaats om waar te nemen. De reactie:

C_(S)^diamant → C_(S)^grafiet 

heeft ook een negatief AG bij 25 ° C en 1 atmosfeer lijken diamanten niet spontaan in grafiet te veranderen.