Vypočítejte Gibbsovu volnou energii (ΔG) pro určení spontaneity reakce zadáním hodnot entalpie (ΔH), teploty (T) a entropie (ΔS). Nezbytné pro aplikace v chemii, biochemii a termodynamice.
ΔG = ΔH - TΔS
Kde ΔG je Gibbsova volná energie, ΔH je entalpie, T je teplota a ΔS je entropie
Gibbsova volná energie je základní termodynamická vlastnost, která předpovídá, zda chemické reakce a fyzikální procesy proběhnou spontánně. Tento bezplatný online kalkulátor Gibbsovy volné energie pomáhá vědcům, inženýrům a studentům rychle určit proveditelnost reakce pomocí osvědčeného vzorce ΔG = ΔH - TΔS.
Pojmenováno po americkém fyzikovi Josiah Willard Gibbsovi, tento termodynamický potenciál kombinuje entalpii (teplo) a entropii (nepořádek), aby poskytl jedinou hodnotu, která naznačuje, zda proces proběhne přirozeně bez vnějšího přísunu energie. Náš kalkulátor poskytuje okamžité, přesné výsledky pro termodynamické výpočty v chemii, biochemii, materiálových vědách a inženýrských aplikacích.
Hlavní výhody používání našeho kalkulátoru Gibbsovy volné energie:
Změna Gibbsovy volné energie (ΔG) se vypočítá pomocí následující rovnice:
Kde:
Tato rovnice představuje rovnováhu mezi dvěma základními termodynamickými faktory:
Znak ΔG poskytuje zásadní informace o spontánnosti reakce:
Je důležité poznamenat, že spontánnost nemusí nutně naznačovat rychlost reakce—spontánní reakce může stále probíhat velmi pomalu bez katalyzátoru.
Standardní změna Gibbsovy volné energie (ΔG°) se vztahuje na změnu energie, když jsou všechny reaktanty a produkty ve svých standardních stavech (typicky 1 atm tlak, 1 M koncentrace pro roztoky a často při 298,15 K nebo 25 °C). Rovnice se stává:
Kde ΔH° a ΔS° jsou standardní změny entalpie a entropie, respektive.
Náš kalkulátor Gibbsovy volné energie je navržen pro jednoduchost a snadnost použití. Postupujte podle těchto kroků pro výpočet změny Gibbsovy volné energie pro vaši reakci nebo proces:
Zadejte změnu entalpie (ΔH) v kilojoulech na mol (kJ/mol)
Zadejte teplotu (T) v Kelvinech
Zadejte změnu entropie (ΔS) v kilojoulech na mol-Kelvin (kJ/(mol·K))
Zobrazte výsledek
Kalkulátor provádí následující kontroly na uživatelských vstupech:
Pokud jsou zjištěny neplatné vstupy, zobrazí se chybová zpráva a výpočet nebude pokračovat, dokud nebude opraven.
Projděme si praktický příklad, abychom demonstrovali, jak používat kalkulátor Gibbsovy volné energie:
Příklad: Vypočítejte změnu Gibbsovy volné energie pro reakci s ΔH = -92,4 kJ/mol a ΔS = 0,0987 kJ/(mol·K) při 298 K.
Zadejte ΔH = -92,4 kJ/mol
Zadejte T = 298 K
Zadejte ΔS = 0,0987 kJ/(mol·K)
Kalkulátor provede výpočet: 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
Interpretace: Protože ΔG je negativní (-121,81 kJ/mol), tato reakce je spontánní při 298 K.
Výpočty Gibbsovy volné energie jsou nezbytné v mnoha vědeckých a inženýrských aplikacích:
Chemici používají Gibbsovu volnou energii k předpovědi, zda reakce proběhne spontánně za daných podmínek. To pomáhá v:
V biochemii a molekulární biologii pomáhá Gibbsova volná energie porozumět:
Materiáloví vědci a inženýři používají výpočty Gibbsovy volné energie pro:
Environmentální aplikace zahrnují:
V průmyslovém prostředí pomáhají výpočty Gibbsovy volné energie optimalizovat:
I když je Gibbsova volná energie mocným termodynamickým nástrojem, jiné související parametry mohou být v určitých situacích vhodnější:
Definována jako A = U - TS (kde U je vnitřní energie), Helmholtzova volná energie je vhodnější pro systémy při konstantním objemu než při konstantním tlaku. Je zvláště užitečná v:
Pro procesy, kde záleží pouze na výměně tepla a efekty entropie jsou zanedbatelné, může být entalpie (H = U + PV) dostatečná. To se často používá v:
Když se zaměřujeme pouze na nepořádek a pravděpodobnost, může být entropie sama o sobě parametrem zájmu, zejména v:
Pro systémy s proměnlivým složením se chemický potenciál (částečná molární Gibbsova energie) stává důležitým v:
Koncept Gibbsovy volné energie má bohatou historii ve vývoji termodynamiky:
Josiah Willard Gibbs (1839-1903), americký vědec a matematik, poprvé představil tento koncept ve své revoluční práci "O rovnováze heterogenních látek", publikované mezi lety 1875 a 1878. Tato práce je považována za jedno z největších dosažení v oblasti fyzikálních věd 19. století, která položila základy chemické termodynamiky.
Gibbs vyvinul tento termodynamický potenciál, když se snažil pochopit podmínky pro rovnováhu v chemických systémech. Uvědomil si, že při konstantní teplotě a tlaku lze směr spontánní změny předpovědět pomocí jediné funkce, která kombinuje efekty entalpie a entropie.
Gibbsova práce zpočátku získala v USA málo pozornosti, ale byla vysoce ceněna v Evropě, zejména po překladu do němčiny Wilhelmem Ostwaldem. Dnes je Gibbsova volná energie základním konceptem v fyzikální chemii, chemickém inženýrství, materiálových vědách a biochemii. Schopnost předpovědět spontánnost reakcí a polohy rovnováhy pomocí výpočtů Gibbsovy volné energie umožnila nespočet vědeckých pokroků a technologických inovací.
Zde jsou příklady, jak vypočítat Gibbsovu volnou energii v různých programovacích jazycích:
1' Excel vzorec pro Gibbsovu volnou energii
2=B2-(C2*D2)
3
4' Kde:
5' B2 obsahuje změnu entalpie (ΔH) v kJ/mol
6' C2 obsahuje teplotu (T) v Kelvinech
7' D2 obsahuje změnu entropie (ΔS) v kJ/(mol·K)
81def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2 """
3 Vypočítat změnu Gibbsovy volné energie
4
5 Parametry:
6 enthalpy (float): Změna entalpie v kJ/mol
7 temperature (float): Teplota v Kelvinech
8 entropy (float): Změna entropie v kJ/(mol·K)
9
10 Návrat:
11 float: Změna Gibbsovy volné energie v kJ/mol
12 """
13 gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14 return gibbs_energy
15
16# Příklad použití
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"Změna Gibbsovy volné energie: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# Určení spontánnosti
25if delta_g < 0:
26 print("Reakce je spontánní.")
27elif delta_g > 0:
28 print("Reakce je nespontánní.")
29else:
30 print("Reakce je v rovnováze.")
311function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2 // Vypočítat změnu Gibbsovy volné energie
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// Příklad použití
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(`Změna Gibbsovy volné energie: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// Určení spontánnosti
20if (deltaG < 0) {
21 console.log("Reakce je spontánní.");
22} else if (deltaG > 0) {
23 console.log("Reakce je nespontánní.");
24} else {
25 console.log("Reakce je v rovnováze.");
26}
27public class GibbsFreeEnergyCalculator { /** * Vypočítat změnu Gibbsovy volné energie * * @param enthalpy Změna entalpie v kJ/mol * @param temperature Teplota v Kelvinech * @param entropy Změna entropie v kJ/(mol·K) * @return Změna Gibbsovy volné energie v kJ/mol */ public static double calculateGibbsFreeEnergy(double enthalpy, double temperature, double entropy) { return enthalpy - (temperature * entropy
Objevte další nástroje, které by mohly být užitečné pro vaši pracovní postup.