Calcula l'Energia Lliure de Gibbs (ΔG) per determinar la spontaneïtat de la reacció introduint valors d'enthalpia (ΔH), temperatura (T) i entropia (ΔS). Essencial per a aplicacions de química, bioquímica i termodinàmica.
ΔG = ΔH - TΔS
On ΔG és l'energia lliure de Gibbs, ΔH és l'enthalpia, T és la temperatura, i ΔS és l'entropia
L'Energia Lliure de Gibbs és una propietat termodinàmica fonamental que prediu si les reaccions químiques i els processos físics es produiran espontàniament. Aquesta Calculadora d'Energia Lliure de Gibbs en línia gratuïta ajuda científics, enginyers i estudiants a determinar ràpidament la viabilitat de les reaccions utilitzant la fórmula provada ΔG = ΔH - TΔS.
Anomenada així en honor al físic americà Josiah Willard Gibbs, aquest potencial termodinàmic combina l'enthalpia (contingut de calor) i l'entropia (desordre) per proporcionar un valor únic que indica si un procés avançarà naturalment sense entrada d'energia externa. La nostra calculadora ofereix resultats instantanis i precisos per a càlculs termodinàmics en química, bioquímica, ciència dels materials i aplicacions d'enginyeria.
Principals avantatges d'utilitzar la nostra Calculadora d'Energia Lliure de Gibbs:
El canvi d'Energia Lliure de Gibbs (ΔG) es calcula utilitzant l'equació següent:
On:
Aquesta equació representa l'equilibri entre dos factors termodinàmics fonamentals:
El signe de ΔG proporciona informació crucial sobre la spontaneïtat de la reacció:
És important notar que la spontaneïtat no indica necessàriament la velocitat de la reacció—una reacció espontània pot avançar molt lentament sense un catalitzador.
El canvi d'Energia Lliure de Gibbs estàndard (ΔG°) es refereix al canvi d'energia quan tots els reactius i productes es troben en els seus estats estàndard (normalment a 1 atm de pressió, 1 M de concentració per a solucions, i sovint a 298.15 K o 25°C). L'equació es converteix en:
On ΔH° i ΔS° són els canvis d'entalpia i entropia estàndard, respectivament.
La nostra Calculadora d'Energia Lliure de Gibbs està dissenyada per a la simplicitat i facilitat d'ús. Segueix aquests passos per calcular el canvi d'Energia Lliure de Gibbs per a la teva reacció o procés:
Introdueix el Canvi d'Entalpia (ΔH) en quilojoules per mol (kJ/mol)
Introdueix la Temperatura (T) en Kelvin
Introdueix el Canvi d'Entropia (ΔS) en quilojoules per mol-Kelvin (kJ/(mol·K))
Veure el Resultat
La calculadora realitza les següents comprovacions sobre les entrades de l'usuari:
Si es detecten entrades no vàlides, es mostrarà un missatge d'error i el càlcul no avançarà fins que es corregeixi.
Fem un exemple pràctic per demostrar com utilitzar la Calculadora d'Energia Lliure de Gibbs:
Exemple: Calcula el canvi d'Energia Lliure de Gibbs per a una reacció amb ΔH = -92.4 kJ/mol i ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) a 298 K.
Introdueix ΔH = -92.4 kJ/mol
Introdueix T = 298 K
Introdueix ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K)
La calculadora realitza el càlcul: ΔG = ΔH - TΔS ΔG = -92.4 kJ/mol - (298 K × 0.0987 kJ/(mol·K)) ΔG = -92.4 kJ/mol - 29.41 kJ/mol ΔG = -121.81 kJ/mol
Interpretació: Com que ΔG és negatiu (-121.81 kJ/mol), aquesta reacció és espontània a 298 K.
Els càlculs d'Energia Lliure de Gibbs són essencials en nombroses aplicacions científiques i d'enginyeria:
Els químics utilitzen l'Energia Lliure de Gibbs per predir si una reacció es produirà espontàniament en condicions donades. Això ajuda a:
En bioquímica i biologia molecular, l'Energia Lliure de Gibbs ajuda a entendre:
Els científics i enginyers de materials utilitzen càlculs d'Energia Lliure de Gibbs per:
Les aplicacions ambientals inclouen:
En entorns industrials, els càlculs d'Energia Lliure de Gibbs ajuden a optimitzar:
Si bé l'Energia Lliure de Gibbs és una eina termodinàmica poderosa, altres paràmetres relacionats poden ser més apropiats en certes situacions:
Definida com A = U - TS (on U és l'energia interna), l'Energia Lliure de Helmholtz és més apropiada per a sistemes a volum constant en lloc de pressió constant. És particularment útil en:
Per a processos on només importa l'intercanvi de calor i els efectes d'entropia són negligibles, l'entalpia (H = U + PV) pot ser suficient. Això s'utilitza sovint en:
Quan es centra exclusivament en el desordre i la probabilitat, l'entropia sola pot ser el paràmetre d'interès, especialment en:
Per a sistemes amb composició variable, el potencial químic (energia lliure de Gibbs molar parcial) esdevé important en:
El concepte d'Energia Lliure de Gibbs té una rica història en el desenvolupament de la termodinàmica:
Josiah Willard Gibbs (1839-1903), un científic i matemàtic americà, va introduir per primera vegada el concepte en la seva obra pionera "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances", publicada entre 1875 i 1878. Aquesta obra és considerada un dels grans assoliments en la ciència física del segle XIX, establint la base de la termodinàmica química.
Gibbs va desenvolupar aquest potencial termodinàmic mentre buscava entendre les condicions per a l'equilibri en sistemes químics. Va reconèixer que a temperatura i pressió constants, la direcció del canvi espontani es podia predir mitjançant una sola funció que combinava els efectes d'entalpia i entropia.
El treball de Gibbs inicialment va rebre poca atenció als Estats Units, però va ser molt valorat a Europa, especialment després de ser traduït a l'alemany per Wilhelm Ostwald. Avui, l'Energia Lliure de Gibbs és un concepte fonamental en química física, enginyeria química, ciència dels materials i bioquímica. La capacitat de predir la spontaneïtat de les reaccions i les posicions d'equilibri mitjançant càlculs d'Energia Lliure de Gibbs ha permès innombrables avenços científics i innovacions tecnològiques.
Aquí hi ha exemples de com calcular l'Energia Lliure de Gibbs en diversos llenguatges de programació:
1' Fórmula d'Excel per a l'Energia Lliure de Gibbs
2=B2-(C2*D2)
3
4' On:
5' B2 conté el canvi d'entalpia (ΔH) en kJ/mol
6' C2 conté la temperatura (T) en Kelvin
7' D2 conté el canvi d'entropia (ΔS) en kJ/(mol·K)
81def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2 """
3 Calcular el canvi d'Energia Lliure de Gibbs
4
5 Paràmetres:
6 enthalpy (float): Canvi d'entalpia en kJ/mol
7 temperature (float): Temperatura en Kelvin
8 entropy (float): Canvi d'entropia en kJ/(mol·K)
9
10 Retorna:
11 float: Canvi d'Energia Lliure de Gibbs en kJ/mol
12 """
13 gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14 return gibbs_energy
15
16# Exemple d'ús
17delta_h = -92.4 # kJ/mol
18temp = 298.15 # K
19delta_s = 0.0987 # kJ/(mol·K)
20
21delta_g = calculate_gibbs_free_energy(delta_h, temp, delta_s)
22print(f"Canvi d'Energia Lliure de Gibbs: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# Determinar la spontaneïtat
25if delta_g < 0:
26 print("La reacció és espontània.")
27elif delta_g > 0:
28 print("La reacció és no espontània.")
29else:
30 print("La reacció està en equilibri.")
311function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2 // Calcular el canvi d'Energia Lliure de Gibbs
3 // enthalpy: kJ/mol
4 // temperature: Kelvin
5 // entropy: kJ/(mol·K)
6
7 const gibbsEnergy = enthalpy - (temperature * entropy);
8 return gibbsEnergy;
9}
10
11// Exemple d'ús
12const deltaH = -92.4; // kJ/mol
13const temp = 298.15; // K
14const deltaS = 0.0987; // kJ/(mol·K)
15
16const deltaG = calculateGibbsFreeEnergy(deltaH, temp, deltaS);
17console.log(`Canvi d'Energia Lliure de Gibbs: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// Determinar la spontaneïtat
20if (deltaG < 0) {
21 console.log("La reacció és espontània.");
22} else if (deltaG > 0) {
23 console.log("La reacció és no espontània.");
24} else {
25 console.log("La reacció està en equilibri.");
26}
27public class GibbsFreeEnergyCalculator { /** * Calcular el canvi d'Energia Lliure de Gibbs * * @param enthalpy Canvi d'entalpia en kJ/mol * @param temperature Temperatura en Kelvin * @param entropy Canvi d'entropia en kJ/(mol·K) * @return Canvi d'Energia Lliure de Gibbs en kJ/mol */ public static double calculateGibbsFreeEnergy(double enthalpy, double temperature, double entropy) { return enthalpy - (temperature * entropy); } public static void main(String[] args) { double deltaH = -92.4; // kJ/mol
Descobreix més eines que podrien ser útils per al teu flux de treball