Calculez l'énergie libre de Gibbs (ΔG) pour déterminer la spontanéité de la réaction en entrant les valeurs d'enthalpie (ΔH), de température (T) et d'entropie (ΔS). Essentiel pour les applications en chimie, biochimie et thermodynamique.
ΔG = ΔH - TΔS
Où ΔG est l'énergie libre de Gibbs, ΔH est l'enthalpie, T est la température, et ΔS est l'entropie
L'énergie libre de Gibbs est une propriété thermodynamique fondamentale qui prédit si les réactions chimiques et les processus physiques se produiront spontanément. Ce calculateur d'énergie libre de Gibbs en ligne gratuit aide les scientifiques, les ingénieurs et les étudiants à déterminer rapidement la faisabilité des réactions en utilisant la formule éprouvée ΔG = ΔH - TΔS.
Nommé d'après le physicien américain Josiah Willard Gibbs, ce potentiel thermodynamique combine l'enthalpie (contenu thermique) et l'entropie (désordre) pour fournir une valeur unique qui indique si un processus se déroulera naturellement sans apport d'énergie externe. Notre calculateur fournit des résultats instantanés et précis pour les calculs thermodynamiques en chimie, biochimie, science des matériaux et applications d'ingénierie.
Principaux avantages de l'utilisation de notre calculateur d'énergie libre de Gibbs :
Le changement d'énergie libre de Gibbs (ΔG) est calculé à l'aide de l'équation suivante :
Où :
Cette équation représente l'équilibre entre deux facteurs thermodynamiques fondamentaux :
Le signe de ΔG fournit des informations cruciales sur la spontanéité de la réaction :
Il est important de noter que la spontanéité n'indique pas nécessairement la vitesse de la réaction : une réaction spontanée peut encore se dérouler très lentement sans catalyseur.
Le changement d'énergie libre de Gibbs standard (ΔG°) fait référence au changement d'énergie lorsque tous les réactifs et produits sont dans leurs états standards (typiquement à 1 atm de pression, 1 M de concentration pour les solutions, et souvent à 298,15 K ou 25°C). L'équation devient :
Où ΔH° et ΔS° sont les changements d'enthalpie et d'entropie standards, respectivement.
Notre calculateur d'énergie libre de Gibbs est conçu pour la simplicité et la facilité d'utilisation. Suivez ces étapes pour calculer le changement d'énergie libre de Gibbs pour votre réaction ou processus :
Entrez le changement d'enthalpie (ΔH) en kilojoules par mole (kJ/mol)
Saisissez la température (T) en Kelvin
Entrez le changement d'entropie (ΔS) en kilojoules par mole-Kelvin (kJ/(mol·K))
Consultez le résultat
Le calculateur effectue les vérifications suivantes sur les entrées utilisateur :
Si des entrées invalides sont détectées, un message d'erreur sera affiché et le calcul ne pourra pas se poursuivre tant que les erreurs ne seront pas corrigées.
Passons en revue un exemple pratique pour démontrer comment utiliser le calculateur d'énergie libre de Gibbs :
Exemple : Calculez le changement d'énergie libre de Gibbs pour une réaction avec ΔH = -92,4 kJ/mol et ΔS = 0,0987 kJ/(mol·K) à 298 K.
Entrez ΔH = -92,4 kJ/mol
Entrez T = 298 K
Entrez ΔS = 0,0987 kJ/(mol·K)
Le calculateur effectue le calcul : 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
Interprétation : Puisque ΔG est négatif (-121,81 kJ/mol), cette réaction est spontanée à 298 K.
Les calculs d'énergie libre de Gibbs sont essentiels dans de nombreuses applications scientifiques et d'ingénierie :
Les chimistes utilisent l'énergie libre de Gibbs pour prédire si une réaction se produira spontanément dans des conditions données. Cela aide à :
En biochimie et biologie moléculaire, l'énergie libre de Gibbs aide à comprendre :
Les scientifiques et ingénieurs des matériaux utilisent les calculs d'énergie libre de Gibbs pour :
Les applications environnementales incluent :
Dans les environnements industriels, les calculs d'énergie libre de Gibbs aident à optimiser :
Bien que l'énergie libre de Gibbs soit un outil thermodynamique puissant, d'autres paramètres connexes peuvent être plus appropriés dans certaines situations :
Définie comme A = U - TS (où U est l'énergie interne), l'énergie libre de Helmholtz est plus appropriée pour les systèmes à volume constant plutôt qu'à pression constante. Elle est particulièrement utile dans :
Pour les processus où seul l'échange de chaleur compte et que les effets d'entropie sont négligeables, l'enthalpie (H = U + PV) peut être suffisante. Cela est souvent utilisé dans :
Lorsque l'on se concentre uniquement sur le désordre et la probabilité, l'entropie seule peut être le paramètre d'intérêt, en particulier dans :
Pour les systèmes avec une composition variable, le potentiel chimique (énergie libre de Gibbs molaire partielle) devient important dans :
Le concept d'énergie libre de Gibbs a une riche histoire dans le développement de la thermodynamique :
Josiah Willard Gibbs (1839-1903), un scientifique et mathématicien américain, a d'abord introduit le concept dans son travail révolutionnaire "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances", publié entre 1875 et 1878. Ce travail est considéré comme l'un des plus grands accomplissements en science physique du 19ème siècle, établissant les bases de la thermodynamique chimique.
Gibbs a développé ce potentiel thermodynamique tout en cherchant à comprendre les conditions d'équilibre dans les systèmes chimiques. Il a reconnu qu'à température et pression constantes, la direction du changement spontané pouvait être prédite par une seule fonction qui combinait les effets d'enthalpie et d'entropie.
Le travail de Gibbs a d'abord reçu peu d'attention aux États-Unis mais a été très apprécié en Europe, notamment après avoir été traduit en allemand par Wilhelm Ostwald. Aujourd'hui, l'énergie libre de Gibbs est un concept fondamental en chimie physique, en ingénierie chimique, en science des matériaux et en biochimie. La capacité de prédire la spontanéité des réactions et les positions d'équilibre en utilisant les calculs d'énergie libre de Gibbs a permis d'innombrables avancées scientifiques et innovations technologiques.
Voici des exemples de calcul de l'énergie libre de Gibbs dans divers langages de programmation :
1' Formule Excel pour l'énergie libre de Gibbs
2=B2-(C2*D2)
3
4' Où :
5' B2 contient le changement d'enthalpie (ΔH) en kJ/mol
6' C2 contient la température (T) en Kelvin
7' D2 contient le changement d'entropie (ΔS) en kJ/(mol·K)
81def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2 """
3 Calculer le changement d'énergie libre de Gibbs
4
5 Paramètres :
6 enthalpy (float) : Changement d'enthalpie en kJ/mol
7 temperature (float) : Température en Kelvin
8 entropy (float) : Changement d'entropie en kJ/(mol·K)
9
10 Retourne :
11 float : Changement d'énergie libre de Gibbs en kJ/mol
12 """
13 gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14 return gibbs_energy
15
16# Exemple d'utilisation
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"Changement d'énergie libre de Gibbs : {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# Déterminer la spontanéité
25if delta_g < 0:
26 print("La réaction est spontanée.")
27elif delta_g > 0:
28 print("La réaction est non-spontanée.")
29else:
30 print("La réaction est à l'équilibre.")
311function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2 // Calculer le changement d'énergie libre 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'utilisation
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(`Changement d'énergie libre de Gibbs : ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// Déterminer la spontanéité
20if (deltaG < 0) {
21 console.log("La réaction est spontanée.");
22} else if (deltaG > 0) {
23 console.log("La réaction est non-spontanée.");
24} else {
25 console.log("La réaction est à l'équilibre.");
26}
271public class GibbsFreeEnergyCalculator {
2 /**
3 * Calculer le changement d'énergie libre de Gibbs
4 *
5 * @param enthalpy Changement d'enthalpie en kJ/mol
6 * @param temperature Température en Kelvin
7 * @param entropy Changement d'entropie en kJ/(mol·K)
8 * @return Changement d'énergie libre de Gibbs en kJ/mol
9 */
10 public static double calculateGibbsFreeEnergy(double enthalpy, double temperature, double entropy) {
11 return enthalpy - (temperature * entropy);
12 }
13
14 public static void main(String[] args) {
15 double deltaH = -92.4; // kJ/mol
16 double temp = 298.15; // K
17 double deltaS = 0.0987; // kJ/(mol·K)
18
19 double deltaG = calculateGibbsFreeEnergy(deltaH, temp, deltaS);
20 System.out.printf("Changement d'énergie libre de Gibbs : %.2f kJ/mol%n", deltaG);
21
22 // Déterminer la spontanéité
23 if (deltaG < 0) {
24 System.out.println("La réaction est spontanée.");
25 } else if (deltaG > 0) {
26 System.out.println("La réaction est non-spontanée.");
27 } else {
28 System.out.println("La réaction est à l'équilibre.");
29 }
30 }
31}
32#include <iostream> #include <iomanip> /** * Calculer le changement d'énergie libre de Gibbs * * @param enthalpy Changement d'enthalpie en kJ/mol * @param temperature Température en Kelvin * @param entropy Changement d'entropie en kJ/(mol·K) * @return Changement d'énergie libre de Gibbs en kJ/mol */ double calculateGibbsFreeEnergy(double enthalpy, double temperature, double entropy) { return enthalpy - (temperature * entropy); } int main() { double deltaH = -92.4; // kJ/mol double temp = 298.15; // K double deltaS = 0.0987; // kJ/(mol·K) double deltaG = calculateGibbsFreeEnergy(deltaH, temp, deltaS); std::cout << "Changement d'énergie libre de Gibbs : " << std::fixed << std::setprecision(2) << deltaG << " kJ/mol" << std::endl; // Déterminer la spontanéité if (deltaG < 0) { std::cout << "La réaction est spontanée." << std::endl; } else if (deltaG > 0) { std::cout << "La réaction est non-spontanée
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