מחשבון אנרגיה חופשית של גיבס

הקדמה

מחשבון אנרגיה חופשית של גיבס הוא כלי חיוני בתרמודינמיקה שעוזר לקבוע האם תגובה כימית או תהליך פיזי יתרחשו באופן ספונטני בתנאי טמפרטורה ולחץ קבועים. נקרא על שמו של ג'וסיה וילארד גיבס, פוטנציאל תרמודינמי זה הוא קריטי להבנת שווי משקל כימי, אפשרות תגובה והמרות אנרגיה ביישומים מדעיים והנדסיים שונים. המחשבון שלנו מספק דרך פשוטה לחשב את אנרגיה חופשית של גיבס (ΔG) באמצעות המשוואה הבסיסית ΔG = ΔH - TΔS, כאשר ΔH מייצגת שינוי אנתלפיה, T היא הטמפרטורה ו-ΔS הוא שינוי אנטרופיה.

אנרגיה חופשית של גיבס משמשת כנבואה חזקה לגבי ספונטניות התגובה—ערכים שליליים מצביעים על תהליכים ספונטניים, בעוד שערכים חיוביים מצביעים על תגובות שאינן ספונטניות שדורשות קלט אנרגיה. על ידי הבנה וחישוב פרמטר תרמודינמי חיוני זה, מדענים, מהנדסים וסטודנטים יכולים לחזות תוצאות תגובות, לייעל תהליכים ולקבל תובנות עמוקות יותר לגבי האנרגיה של המרות כימיות ופיזיות.

נוסחת אנרגיה חופשית של גיבס

שינוי אנרגיה חופשית של גיבס (ΔG) מחושב באמצעות המשוואה הבאה:

$\Delta G = \Delta H - T\Delta S$

איפה:

• ΔG = שינוי אנרגיה חופשית של גיבס (קילוג'ול/מול)
• ΔH = שינוי אנתלפיה (קילוג'ול/מול)
• T = טמפרטורה (קלוין)
• ΔS = שינוי אנטרופיה (קילוג'ול/(מול·ק))

משוואה זו מייצגת את האיזון בין שני גורמים תרמודינמיים בסיסיים:

1. שינוי אנתלפיה (ΔH): מייצגת את חילופי החום במהלך תהליך בלחץ קבוע
2. שינוי אנטרופיה (ΔS): מייצגת את השינוי באי-סדר של המערכת, מוכפל בטמפרטורה

פרשנות תוצאות

הסימן של ΔG מספק מידע חיוני לגבי ספונטניות התגובה:

• ΔG < 0 (שלילי): התהליך הוא ספונטני (אקסרגוני) ויכול להתרחש ללא קלט אנרגיה חיצונית
• ΔG = 0: המערכת נמצאת בשווי משקל ללא שינוי נטו
• ΔG > 0 (חיובי): התהליך הוא אינו ספונטני (אנדרגוני) ודורש קלט אנרגיה כדי להתקדם

חשוב לציין שספונטניות אינה בהכרח מצביעה על מהירות התגובה—תגובה ספונטנית עשויה להתקדם מאוד לאט ללא קטליזטור.

אנרגיה חופשית של גיבס סטנדרטית

שינוי אנרגיה חופשית של גיבס סטנדרטית (ΔG°) מתייחסת לשינוי האנרגיה כאשר כל התגובות והמוצרים נמצאים במצבים הסטנדרטיים שלהם (בדרך כלל בלחץ של 1 אטמוספירה, ריכוז של 1 מ' עבור פתרונות, ולעיתים קרובות ב-298.15 קלווין או 25 מעלות צלזיוס). המשוואה הופכת ל:

$\Delta G° = \Delta H° - T\Delta S°$

כאשר ΔH° ו-ΔS° הם שינויים סטנדרטיים באנרגיה חופשית ואנטרופיה, בהתאמה.

איך להשתמש במחשבון הזה

המחשבון שלנו לאנרגיה חופשית של גיבס נועד לפשטות ולנוחות שימוש. עקוב אחרי הצעדים הבאים כדי לחשב את שינוי האנרגיה החופשית של גיבס עבור התגובה או התהליך שלך:

1. הזן את שינוי האנרגיה (ΔH) בקילוג'ולים למול (קילוג'ול/מול)

   • ערך זה מייצג את החום הנספג או המשתחרר במהלך התגובה בלחץ קבוע
   • ערכים חיוביים מצביעים על תהליכים אנדותרמיים (חום נספג)
   • ערכים שליליים מצביעים על תהליכים אקסותרמיים (חום משתחרר)

2. הזן את הטמפרטורה (T) בקלווין

   • זכור להמיר מצלזיוס אם צריך (K = °C + 273.15)
   • טמפרטורה סטנדרטית היא בדרך כלל 298.15 K (25 מעלות צלזיוס)

3. הזן את שינוי האנטרופיה (ΔS) בקילוג'ולים למול-קלווין (קילוג'ול/(מול·K))

   • ערך זה מייצג את השינוי באי-סדר או אקראיות
   • ערכים חיוביים מצביעים על עלייה באי-סדר
   • ערכים שליליים מצביעים על ירידה באי-סדר

4. צפה בתוצאה

   • המחשבון יחיש אוטומטית את שינוי האנרגיה החופשית של גיבס (ΔG)
   • התוצאה תוצג בקילוג'ול/מול
   • תינתן פרשנות אם התהליך הוא ספונטני או אינו ספונטני

אימות קלט

המחשבון מבצע את הבדיקות הבאות על קלטי המשתמש:

• כל הערכים חייבים להיות מספריים
• הטמפרטורה חייבת להיות בקלווין וחיובית (T > 0)
• אנתלפיה ואנטרופיה יכולות להיות חיוביות, שליליות או אפס

אם קלטים לא תקינים מזוהים, תוצג הודעת שגיאה ולא תתבצע החישוב עד לתיקון.

דוגמת חישוב שלב אחר שלב

בואו נעבור על דוגמה מעשית כדי להדגים כיצד להשתמש במחשבון אנרגיה חופשית של גיבס:

דוגמה: חשב את שינוי האנרגיה החופשית של גיבס עבור תגובה עם ΔH = -92.4 קילוג'ול/מול ו-ΔS = 0.0987 קילוג'ול/(מול·K) ב-298 K.

1. הזן ΔH = -92.4 קילוג'ול/מול

2. הזן T = 298 K

3. הזן ΔS = 0.0987 קילוג'ול/(מול·K)

4. המחשבון מבצע את החישוב: ΔG = ΔH - TΔS ΔG = -92.4 קילוג'ול/מול - (298 K × 0.0987 קילוג'ול/(מול·K)) ΔG = -92.4 קילוג'ול/מול - 29.41 קילוג'ול/מול ΔG = -121.81 קילוג'ול/מול

5. פרשנות: מכיוון ש-ΔG הוא שלילי (-121.81 קילוג'ול/מול), התגובה הזו היא ספונטנית ב-298 K.

מקרי שימוש

חישובי אנרגיה חופשית של גיבס חיוניים במספר יישומים מדעיים והנדסיים:

1. אפשרות תגובה כימית

כימאים משתמשים באנרגיה חופשית של גיבס כדי לחזות אם תגובה תתרחש באופן ספונטני בתנאים נתונים. זה עוזר ב:

• תכנון דרכי סינתזה לחומרים חדשים
• אופטימיזציה של תנאי תגובה לשיפור התשואות
• הבנת מנגנוני תגובה ואמצעיים
• חיזוי התפלגויות מוצרים בתגובות מתמודדות

2. תהליכים ביוכימיים

בתחום הביוכימיה והביולוגיה המולקולרית, אנרגיה חופשית של גיבס עוזרת להבין:

• מסלולי מטבוליזם והמרות אנרגיה
• קיפול ויציבות חלבונים
• תגובות מזורזות על ידי אנזימים
• תהליכי מעבר דרך ממברנות תאי
• אינטראקציות DNA ו-RNA

3. מדע חומרים

מדעני חומרים ומהנדסים משתמשים בחישובי אנרגיה חופשית של גיבס עבור:

• פיתוח דיאגרמות שלב
• תכנון ואופטימיזציה של סגסוגות
• חיזוי התנהגות קורוזיה
• הבנת תגובות במצב מוצק
• תכנון חומרים חדשים עם תכונות ספציפיות

4. מדע סביבתי

יישומים סביבתיים כוללים:

• חיזוי מעבר גורמים מזהמים וגורלם
• הבנת תהליכים גיאוכימיים
• מודלינג של תגובות אטמוספריות
• תכנון אסטרטגיות שיקום
• חקר מנגנוני שינוי אקלים

5. תהליכים תעשייתיים

בהגדרות תעשייתיות, חישובי אנרגיה חופשית של גיבס עוזרים לאופטימיזציה של:

• תהליכי ייצור כימיים
• פעולות זיקוק נפט
• ייצור תרופות
• טכניקות עיבוד מזון
• מערכות ייצור אנרגיה

חלופות

בעוד שאנרגיה חופשית של גיבס היא כלי תרמודינמי חזק, פרמטרים קשורים עשויים להיות מתאימים יותר במצבים מסוימים:

1. אנרגיה חופשית של הלמולץ (A או F)

מוגדרת כ-A = U - TS (כאשר U היא אנרגיה פנימית), אנרגיה חופשית של הלמולץ עשויה להיות מתאימה יותר עבור מערכות בלחץ קבוע ולא בנפח קבוע. היא שימושית במיוחד ב:

• מכניקת סטטיסטית
• פיזיקה של מצב מוצק
• מערכות שבהן הנפח מוגבל

2. אנתלפיה (H)

עבור תהליכים שבהם רק חילופי חום חשובים והשפעות אנטרופיה זניחות, אנתלפיה (H = U + PV) עשויה להיות מספקת. זה משמש לעיתים קרובות ב:

• חישובי בעירה פשוטים
• תהליכי חימום וקירור
• ניסויים קלורימטריים

3. אנטרופיה (S)

כאשר מתמקדים אך ורק באי-סדר ובסבירות, אנטרופיה בלבד עשויה להיות הפרמטר המעניין, במיוחד ב:

• תיאוריה של מידע
• ניתוח סטטיסטי
• חקר אי-חזרה
• חישובי יעילות של מנועי חום

4. פוטנציאל כימי (μ)

עבור מערכות עם הרכב משתנה, הפוטנציאל הכימי (אנרגיה חופשית חלקית של גיבס) הופך להיות חשוב ב:

• שווי משקל שלב
• כימיה של פתרונות
• מערכות אלקטרוכימיות
• מעבר דרך ממברנות

היסטוריה של אנרגיה חופשית של גיבס

קונספט אנרגיה חופשית של גיבס יש היסטוריה עשירה בהתפתחות התרמודינמיקה:

מקורות והתפתחות

ג'וסיה וילארד גיבס (1839-1903), מדען ומתמטיקאי אמריקאי, הציג לראשונה את הקונספט בעבודתו פורצת הדרך "על שווי המשקל של חומרים הטרוגניים," שפורסמה בין השנים 1875 ל-1878. עבודה זו נחשבת לאחת ההישגים הגדולים במדע הפיזי של המאה ה-19, שהקימה את היסודות של תרמודינמיקה כימית.

גיבס פיתח את הפוטנציאל התרמודינמי הזה תוך כדי חיפוש להבין את התנאים לשווי משקל במערכות כימיות. הוא הכיר בכך שבטמפרטורה ולחץ קבועים, כיוון השינוי הספונטני ניתן לחזות על ידי פונקציה אחת המשלבת את השפעות האנתלפיה והאנטרופיה.

אבני דרך היסטוריות מרכזיות

• 1873: גיבס מתחיל לפרסם את עבודתו על מערכות תרמודינמיות
• 1875-1878: פרסום "על שווי המשקל של חומרים הטרוגניים" המציג את הקונספט של אנרגיה חופשית של גיבס
• 1882-1883: הפיזיקאי הגרמני הרמן פון הלמולץ נגזר באופן עצמאי קשרים דומים
• תחילת המאה ה-20: גילברט נ. לואיס ומרל רנדל מייעלים את הסימון והיישומים של תרמודינמיקה כימית
• 1923: לואיס ורנדל מפרסמים "תרמודינמיקה ואנרגיה חופשית של חומרים כימיים," שמקנה פופולריות לשימוש באנרגיה חופשית של גיבס בכימיה
• 1933: אדוארד א. גוגנהיים מציג את הסימון והטרמינולוגיה המודרנית שעדיין בשימוש היום
• אמצע המאה ה-20: אינטגרציה של מושגים של אנרגיה חופשית של גיבס עם מכניקת סטטיסטית ותיאוריה קוונטית
• סוף המאה ה-20: שיטות חישוב מאפשרות חישובים מורכבים של אנרגיה חופשית של גיבס עבור מערכות אמיתיות

השפעה ומורשת

עבודתו של גיבס בתחילה לא זכתה לתשומת לב רבה בארצות הברית, אך הייתה מאוד מוערכת באירופה, במיוחד לאחר שתורגמה לגרמנית על ידי וילהלם אוסטוולד. כיום, אנרגיה חופשית של גיבס היא מושג בסיסי בכימיה פיזיקלית, הנדסה כימית, מדע חומרים וביוכימיה. היכולת לחזות ספונטניות של תגובות ומיקומי שווי משקל באמצעות חישובי אנרגיה חופשית של גיבס אפשרה אינספור התקדמויות מדעיות וחדשנות טכנולוגית.

דוגמאות קוד

הנה דוגמאות כיצד לחשב אנרגיה חופשית של גיבס בשפות תכנות שונות:

1' נוסחת Excel עבור אנרגיה חופשית של גיבס
2=B2-(C2*D2)
3
4' כאשר:
5' B2 מכילה שינוי אנתלפיה (ΔH) בקילוג'ול/מול
6' C2 מכילה טמפרטורה (T) בקלווין
7' D2 מכילה שינוי אנטרופיה (ΔS) בקילוג'ול/(מול·K)
8

1def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2    """
3    Calculate Gibbs Free Energy change
4    
5    Parameters:
6    enthalpy (float): Enthalpy change in kJ/mol
7    temperature (float): Temperature in Kelvin
8    entropy (float): Entropy change in kJ/(mol·K)
9    
10    Returns:
11    float: Gibbs Free Energy change in kJ/mol
12    """
13    gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14    return gibbs_energy
15
16# Example usage
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"Gibbs Free Energy change: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# Determine spontaneity
25if delta_g < 0:
26    print("The reaction is spontaneous.")
27elif delta_g > 0:
28    print("The reaction is non-spontaneous.")
29else:
30    print("The reaction is at equilibrium.")
31

1function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2  // Calculate Gibbs Free Energy change
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// Example usage
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(`Gibbs Free Energy change: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// Determine spontaneity
20if (deltaG < 0) {
21  console.log("The reaction is spontaneous.");
22} else if (deltaG > 0) {
23  console.log("The reaction is non-spontaneous.");
24} else {
25  console.log("The reaction is at equilibrium.");
26}
27

1public class GibbsFreeEnergyCalculator {
2    /**
3     * Calculate Gibbs Free Energy change
4     * 
5     * @param enthalpy Enthalpy change in kJ/mol
6     * @param temperature Temperature in Kelvin
7     * @param entropy Entropy change in kJ/(mol·K)
8     * @return Gibbs Free Energy change in 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("Gibbs Free Energy change: %.2f kJ/mol%n", deltaG);
21        
22        // Determine spontaneity
23        if (deltaG < 0) {
24            System.out.println("The reaction is spontaneous.");
25        } else if (deltaG > 0) {
26            System.out.println("The reaction is non-spontaneous.");
27        } else {
28            System.out.println("The reaction is at equilibrium.");
29        }
30    }
31}
32

1#include <iostream>
2#include <iomanip>
3
4/**
5 * Calculate Gibbs Free Energy change
6 * 
7 * @param enthalpy Enthalpy change in kJ/mol
8 * @param temperature Temperature in Kelvin
9 * @param entropy Entropy change in kJ/(mol·K)
10 * @return Gibbs Free Energy change in kJ/mol
11 */
12double calculateGibbsFreeEnergy(double enthalpy, double temperature, double entropy) {
13    return enthalpy - (temperature * entropy);
14}
15
16int main() {
17    double deltaH = -92.4;  // kJ/mol
18    double temp = 298.15;   // K
19    double deltaS = 0.0987; // kJ/(mol·K)
20    
21    double deltaG = calculateGibbsFreeEnergy(deltaH, temp, deltaS);
22    
23    std::cout << "Gibbs Free Energy change: " << std::fixed << std::setprecision(2) 
24              << deltaG << " kJ/mol" << std::endl;
25    
26    // Determine spontaneity
27    if (deltaG < 0) {
28        std::cout << "The reaction is spontaneous." << std::endl;
29    } else if (deltaG > 0) {
30        std::cout << "The reaction is non-spontaneous." << std::endl;
31    } else {
32        std::cout << "The reaction is at equilibrium." << std::endl;
33    }
34    
35    return 0;
36}
37

1# פונקציה ב-R לחישוב אנרגיה חופשית של גיבס
2calculate_gibbs_free_energy <- function(enthalpy, temperature, entropy) {
3  # enthalpy: קילוג'ול/מול
4  # temperature: קלווין
5  # entropy: קילוג'ול/(מול·K)
6  
7  gibbs_energy <- enthalpy - (temperature * entropy)
8  return(gibbs_energy)
9}
10
11# דוגמת שימוש
12delta_h <- -92.4  # קילוג'ול/מול
13temp <- 298.15    # K
14delta_s <- 0.0987 # קילוג'ול/(מול·K)
15
16delta_g <- calculate_gibbs_free_energy(delta_h, temp, delta_s)
17cat(sprintf("Gibbs Free Energy change: %.2f kJ/mol\n", delta_g))
18
19# Determine spontaneity
20if (delta_g < 0) {
21  cat("The reaction is spontaneous.\n")
22} else if (delta_g > 0) {
23  cat("The reaction is non-spontaneous.\n")
24} else {
25  cat("The reaction is at equilibrium.\n")
26}
27

תלות טמפרטורה באנרגיה חופשית של גיבס

טמפרטורה (K) אנרגיה חופשית של גיבס (קילוג'ול/מול)

0 ΔH < 0, ΔS > 0 ΔH > 0, ΔS < 0 ΔH < 0, ΔS < 0 ΔH > 0, ΔS > 0

ספונטני (ΔG < 0) לא ספונטני (ΔG > 0)

100 200 300 400

דוגמאות מספריות

הנה כמה דוגמאות מעשיות לחישובי אנרגיה חופשית של גיבס:

דוגמה 1: תגובה אקסותרמית עם עלייה באנטרופיה

• שינוי אנתלפיה (ΔH) = -85.0 קילוג'ול/מול
• טמפרטורה (T) = 298 K
• שינוי אנטרופיה (ΔS) = 0.156 קילוג'ול/(מול·K)
• שינוי אנרגיה חופשית של גיבס (ΔG) = -85.0 - (298 × 0.156) = -131.49 קילוג'ול/מול
• פרשנות: תגובה ספונטנית מאוד בשל אנתלפיה ואנטרופיה חיוביות

דוגמה 2: תגובה אנדותרמית עם עלייה באנטרופיה

• שינוי אנתלפיה (ΔH) = 42.5 קילוג'ול/מול
• טמפרטורה (T) = 298 K
• שינוי אנטרופיה (ΔS) = 0.125 קילוג'ול/(מול·K)
• שינוי אנרגיה חופשית של גיבס (ΔG) = 42.5 - (298 × 0.125) = 5.25 קילוג'ול/מול
• פרשנות: אינה ספונטנית ב-298 K, אך עשויה להפוך לספונטנית בטמפרטורות גבוהות יותר

דוגמה 3: ספונטניות תלויה בטמפרטורה

• שינוי אנתלפיה (ΔH) = 30.0 קילוג'ול/מול
• שינוי אנטרופיה (ΔS) = 0.100 קילוג'ול/(מול·K)
• ב-T = 273 K: ΔG = 30.0 - (273 × 0.100) = 2.7 קילוג'ול/מול (לא ספונטני)
• ב-T = 298 K: ΔG = 30.0 - (298 × 0.100) = 0.2 קילוג'ול/מול (לא ספונטני)
• ב-T = 303 K: ΔG = 30.0 - (303 × 0.100) = -0.3 קילוג'ול/מול (ספונטני)
• פרשנות: תגובה זו הופכת לספונטנית מעל כ-300 K

דוגמה 4: טמפרטורת שווי משקל

עבור תגובה עם ΔH = 15.0 קילוג'ול/מול ו-ΔS = 0.050 קילוג'ול/(מול·K), באיזו טמפרטורה יתרחש שווי משקל?

בשווי משקל, ΔG = 0, כך ש: 0 = 15.0 - (T × 0.050) T = 15.0 ÷ 0.050 = 300 K

פרשנות: מתחת ל-300 K, התגובה אינה ספונטנית; מעל 300 K, היא הופכת לספונטנית.

שאלות נפוצות

מהי אנרגיה חופשית של גיבס?

אנרגיה חופשית של גיבס (G) היא פוטנציאל תרמודינמי המודד את העבודה המרבית ההפיכה שמערכת יכולה לבצע בטמפרטורה ולחץ קבועים. שינוי באנרגיה חופשית של גיבס (ΔG) מצביע על כך אם תהליך יתרחש באופן ספונטני.

איך אני מפרש ערך של אנרגיה חופשית של גיבס שלילי?

שינוי אנרגיה חופשית של גיבס שלילי (ΔG < 0) מצביע על כך שהתגובה או התהליך הם ספונטניים ויכולים להתקדם ללא קלט אנרגיה חיצונית. זה אומר שהתגובה משחררת אנרגיה זמינה ככל שהיא מתקדמת לעבר שווי משקל.

האם תגובה עם ΔH חיובי יכולה להיות ספונטנית?

כן, תגובה עם שינוי אנתלפיה חיובי (אנדותרמית) יכולה להיות ספונטנית אם שינוי האנטרופיה חיובי מספיק והטמפרטורה גבוהה מספיק. כאשר TΔS עולה על ΔH, ΔG הכולל הופך לשלילי, מה שהופך את התהליך לספונטני.

מה ההבדל בין ΔG ל-ΔG°?

ΔG מתייחס לשינוי באנרגיה חופשית של גיבס בתנאים כלשהם, בעוד ש-ΔG° מייצג את שינוי האנרגיה החופשית של גיבס הסטנדרטית כאשר כל התגובות והמוצרים נמצאים במצבים הסטנדרטיים שלהם (בדרך כלל בלחץ של 1 אטמוספירה, ריכוז של 1 מ' עבור פתרונות, ולעיתים קרובות ב-298.15 K).

איך טמפרטורה משפיעה על ספונטניות התגובה?

טמפרטורה משפיעה ישירות על המונח TΔS במשוואת גיבס. עבור תגובות עם שינוי אנטרופיה חיובי (ΔS > 0), עלייה בטמפרטורה מקנה למונח -TΔS יותר שליליות, מה שעשוי להפוך את ΔG הכולל לשלילי (ספונטני). להפך, עבור תגובות עם שינוי אנטרופיה שלילי (ΔS < 0), עלייה בטמפרטורה מקטינה את הסבירות שהתגובה תהיה חיובית.

מה הקשר בין אנרגיה חופשית של גיבס לשווי משקל?

בשווי משקל, ΔG = 0. שינוי אנרגיה חופשית של גיבס הסטנדרטית (ΔG°) קשור לקבוע השווי משקל (K) על ידי המשוואה: ΔG° = -RT ln(K), כאשר R הוא קבוע הגזים ו-T היא הטמפרטורה בקלווין.

האם אנרגיה חופשית של גיבס יכולה לחזות את מהירות התגובות?

לא, אנרגיה חופשית של גיבס רק מנבאת אם תגובה היא תרמודינמית (ספונטנית), לא כמה מהר היא תתרחש. תגובה עשויה להיות מאוד ספונטנית (ΔG שלילי גדול) אך להתקדם מאוד לאט בשל מחסומים קינטיים או אנרגיה אקטיבית גבוהה.

איך אני מחשב אנרגיה חופשית של גיבס עבור תגובות בתנאים לא סטנדרטיים?

עבור תנאים לא סטנדרטיים, אתה יכול להשתמש במשוואה: ΔG = ΔG° + RT ln(Q), כאשר Q הוא מכפלת התגובות, R הוא קבוע הגזים, ו-T היא הטמפרטורה בקלווין.

אילו יחידות משמשות עבור אנרגיה חופשית של גיבס?

אנרגיה חופשית של גיבס בדרך כלל מבוטאת בקילוג'ולים למול (קילוג'ול/מול) או קלוריות למול (קלוריות/מול). ביחידות SI, זה יהיה ג'ולים למול (J/mol).

מי גילה את אנרגיה חופשית של גיבס?

ג'וסיה וילארד גיבס, מדען אמריקאי, פיתח את הקונספט של אנרגיה חופשית של גיבס בעבודתו "על שווי המשקל של חומרים הטרוגניים," שפורסמה בין השנים 1875 ל-1878. עבודה זו הקימה את היסודות של תרמודינמיקה כימית.

מקורות

1. אטקינס, פ. וו., & דה פאולה, ג'. (2014). כימיה פיזיקלית של אטקינס (מהדורה 10). הוצאת אוקספורד.

2. צ'אנג, ר. (2019). כימיה פיזיקלית עבור מדעי הכימיה. הוצאת אוניברסיטת מדע.

3. אנגל, ט., & ריד, פ. (2018). כימיה פיזיקלית (מהדורה 4). פרסון.

4. לוין, א. נ. (2015). כימיה פיזיקלית (מהדורה 6). הוצאת מקגרו-היל.

5. סמית', ג'. מ., ואן נס, ה'. צ., & אבוט, מ'. מ. (2017). מבוא לתרמודינמיקה של הנדסה כימית (מהדורה 8). הוצאת מקגרו-היל.

6. גיבס, ג'. וו. (1878). על שווי המשקל של חומרים הטרוגניים. פרסומים של האקדמיה של קונטיקט לאמנויות ומדעים, 3, 108-248.

7. לואיס, ג'. נ., & רנדל, מ'. (1923). תרמודינמיקה ואנרגיה חופשית של חומרים כימיים. הוצאת מקגרו-היל.

8. IUPAC. (2014). קומפנדיום של מונחי כימיה (ספר זהב). גרסה 2.3.3. נגיש מ-http://goldbook.iupac.org/

9. סנדלר, ס'. א. (2017). תרמודינמיקה כימית, ביוכימית והנדסית (מהדורה 5). ויילי.

10. דנביג, ק'. (1981). עקרונות שווי המשקל הכימי (מהדורה 4). הוצאת קמברידג'.

---

מוכן לחשב את אנרגיה חופשית של גיבס עבור התגובות או התהליכים הכימיים שלך? השתמש במחשבון שלנו למעלה כדי לקבוע במהירות אם התגובה שלך תהיה ספונטנית בתנאים הספציפיים שלך. הבנת אנרגיה חופשית של גיבס היא מפתח לחיזוי התנהגות כימית ואופטימיזציה של תהליכים בכימיה, ביוכימיה ויישומים הנדסיים.