Izračunajte Gibbsovu Slobodnu Energiju (ΔG) kako biste odredili spontanost reakcije unosom vrijednosti entalpije (ΔH), temperature (T) i entropije (ΔS). Bitno za kemiju, biokemiju i primjenu termodinamike.
ΔG = ΔH - TΔS
Gdje je ΔG slobodna energija Gibbs, ΔH entalpija, T je temperatura, a ΔS entropija
Gibbsova Slobodna Energija je temeljna termodinamička svojstva koja predviđa hoće li kemijske reakcije i fizički procesi nastaviti spontano. Ovaj besplatni online Kalkulator Gibbsove Slobodne Energije pomaže znanstvenicima, inženjerima i studentima da brzo odrede izvedivost reakcije koristeći provjerenu formulu ΔG = ΔH - TΔS.
Nazvana po američkom fizičaru Josiah Willard Gibbsu, ovaj termodinamički potencijal kombinira entalpiju (toplinski sadržaj) i entropiju (nered) kako bi pružio jednu vrijednost koja ukazuje hoće li proces prirodno napredovati bez vanjskog unosa energije. Naš kalkulator pruža trenutne, točne rezultate za termodinamičke proračune u kemiji, biokemiji, znanosti o materijalima i inženjerskim aplikacijama.
Ključne prednosti korištenja našeg Kalkulatora Gibbsove Slobodne Energije:
Promjena Gibbsove Slobodne Energije (ΔG) izračunava se pomoću sljedeće jednadžbe:
Gdje:
Ova jednadžba predstavlja ravnotežu između dva temeljna termodinamička faktora:
Znak ΔG pruža ključne informacije o spontanosti reakcije:
Važno je napomenuti da spontanost ne ukazuje nužno na brzinu reakcije—spontana reakcija može se i dalje odvijati vrlo sporo bez katalizatora.
Standardna promjena Gibbsove Slobodne Energije (ΔG°) odnosi se na promjenu energije kada su svi reaktanti i proizvodi u svojim standardnim stanjima (obično 1 atm tlaka, 1 M koncentracije za otopine, i često na 298.15 K ili 25°C). Jednadžba postaje:
Gdje su ΔH° i ΔS° standardne promjene entalpije i entropije, redom.
Naš Kalkulator Gibbsove Slobodne Energije dizajniran je za jednostavnost i lakoću korištenja. Slijedite ove korake za izračun promjene Gibbsove Slobodne Energije za vašu reakciju ili proces:
Unesite promjenu entalpije (ΔH) u kilojoulima po molu (kJ/mol)
Unesite temperaturu (T) u Kelvinu
Unesite promjenu entropije (ΔS) u kilojoulima po molu-Kelvinu (kJ/(mol·K))
Pogledajte rezultat
Kalkulator provodi sljedeće provjere na korisničkim unosima:
Ako se otkriju nevažeći unosi, bit će prikazana poruka o pogrešci, a izračun se neće nastaviti dok se ne ispravi.
Prođimo kroz praktičan primjer kako koristiti Kalkulator Gibbsove Slobodne Energije:
Primjer: Izračunajte promjenu Gibbsove Slobodne Energije za reakciju s ΔH = -92.4 kJ/mol i ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) na 298 K.
Unesite ΔH = -92.4 kJ/mol
Unesite T = 298 K
Unesite ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K)
Kalkulator izvodi izračun: 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
Tumačenje: Budući da je ΔG negativan (-121.81 kJ/mol), ova reakcija je spontana na 298 K.
Izračuni Gibbsove Slobodne Energije su bitni u brojnim znanstvenim i inženjerskim aplikacijama:
Kemičari koriste Gibbsovu Slobodnu Energiju za predviđanje hoće li reakcija nastaviti spontano pod danim uvjetima. To pomaže u:
U biokemiji i molekularnoj biologiji, Gibbsova Slobodna Energija pomaže razumjeti:
Znanstvenici i inženjeri materijala koriste izračune Gibbsove Slobodne Energije za:
Ekološke aplikacije uključuju:
U industrijskim okruženjima, izračuni Gibbsove Slobodne Energije pomažu optimizirati:
Iako je Gibbsova Slobodna Energija moćan termodinamički alat, drugi povezani parametri mogu biti prikladniji u određenim situacijama:
Definirana kao A = U - TS (gdje je U unutarnja energija), Helmholtzova Slobodna Energija je prikladnija za sustave pri konstantnom volumenu nego pri konstantnom tlaku. Osobito je korisna u:
Za procese gdje je važna samo razmjena topline i učinci entropije su zanemarivi, entalpija (H = U + PV) može biti dovoljna. Ovo se često koristi u:
Kada se fokusiramo isključivo na nered i vjerojatnost, sama entropija može biti parametar od interesa, osobito u:
Za sustave s promjenjivim sastavom, kemijski potencijal (djelomična molarna Gibbsova energija) postaje važan u:
Koncept Gibbsove Slobodne Energije ima bogatu povijest u razvoju termodinamike:
Josiah Willard Gibbs (1839-1903), američki znanstvenik i matematičar, prvi je uveo koncept u svom revolucionarnom radu "O ravnoteži heterogenih tvari", objavljenom između 1875. i 1878. Ovaj rad se smatra jednim od najvećih postignuća u fizičkoj znanosti 19. stoljeća, postavljajući temelje kemijske termodinamike.
Gibbs je razvio ovaj termodinamički potencijal dok je nastojao razumjeti uvjete ravnoteže u kemijskim sustavima. Prepoznao je da pri konstantnoj temperaturi i tlaku, smjer spontanih promjena može se predvidjeti pomoću jedne funkcije koja kombinira učinke entalpije i entropije.
Gibbsov rad isprva je dobio malo pažnje u Sjedinjenim Državama, ali je bio visoko cijenjen u Europi, osobito nakon što ga je Wilhelm Ostwald preveo na njemački. Danas je Gibbsova Slobodna Energija kamen temeljac u fizičkoj kemiji, kemijskom inženjerstvu, znanosti o materijalima i biokemiji. Sposobnost predviđanja spontanosti reakcije i pozicija ravnoteže korištenjem izračuna Gibbsove Slobodne Energije omogućila je bezbroj znanstvenih napredaka i tehnoloških inovacija.
Evo primjera kako izračunati Gibbsovu Slobodnu Energiju u raznim programskim jezicima:
1' Excel formula za Gibbsovu Slobodnu Energiju
2=B2-(C2*D2)
3
4' Gdje:
5' B2 sadrži promjenu entalpije (ΔH) u kJ/mol
6' C2 sadrži temperaturu (T) u Kelvinu
7' D2 sadrži promjenu entropije (ΔS) u kJ/(mol·K)
81def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2 """
3 Izračunajte promjenu Gibbsove Slobodne Energije
4
5 Parametri:
6 entalpija (float): Promjena entalpije u kJ/mol
7 temperatura (float): Temperatura u Kelvinu
8 entropija (float): Promjena entropije u kJ/(mol·K)
9
10 Vraća:
11 float: Promjena Gibbsove Slobodne Energije u kJ/mol
12 """
13 gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14 return gibbs_energy
15
16# Primjer korištenja
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"Promjena Gibbsove Slobodne Energije: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# Odredite spontanost
25if delta_g < 0:
26 print("Reakcija je spontana.")
27elif delta_g > 0:
28 print("Reakcija je nespontana.")
29else:
30 print("Reakcija je u ravnoteži.")
311function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2 // Izračunajte promjenu Gibbsove Slobodne Energije
3 // entalpija: kJ/mol
4 // temperatura: Kelvin
5 // entropija: kJ/(mol·K)
6
7 const gibbsEnergy = enthalpy - (temperature * entropy);
8 return gibbsEnergy;
9}
10
11// Primjer korištenja
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(`Promjena Gibbsove Slobodne Energije: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// Odredite spontanost
20if (deltaG < 0) {
21 console.log("Reakcija je spontana.");
22} else if (deltaG > 0) {
23 console.log("Reakcija je nespontana.");
24} else {
25 console.log("Reakcija je u ravnoteži.");
26}
27public class GibbsFreeEnergyCalculator { /** * Izračunajte promjenu Gibbsove Slobodne Energije * * @param entalpija Promjena entalpije u kJ/mol * @param temperatura Temperatura u Kelvinu * @param entropija Promjena entropije u kJ/(mol·K) * @return Promjena Gibbsove Slobodne Energije u kJ/mol */ public static double calculateGibbsFreeEnergy(double entalpija, double temperatura, double entropija) { return entalpija - (temperatura * entropija); } public static void main(String[] args) { double deltaH = -92.4; // kJ/mol double temp = 298.15; // K
Otkrijte više alata koji bi mogli biti korisni za vaš radni proces