Calcola l'Energia Libera di Gibbs (ΔG) per determinare la spontaneità della reazione inserendo i valori di entalpia (ΔH), temperatura (T) e entropia (ΔS). Essenziale per applicazioni in chimica, biochimica e termodinamica.
ΔG = ΔH - TΔS
Dove ΔG è l'energia libera di Gibbs, ΔH è l'entalpia, T è la temperatura e ΔS è l'entropia
Energia Libera di Gibbs è una proprietà termodinamica fondamentale che prevede se le reazioni chimiche e i processi fisici si verificheranno spontaneamente. Questo Calcolatore di Energia Libera di Gibbs online gratuito aiuta scienziati, ingegneri e studenti a determinare rapidamente la fattibilità della reazione utilizzando la formula provata ΔG = ΔH - TΔS.
Prende il nome dal fisico americano Josiah Willard Gibbs, questo potenziale termodinamico combina l'entalpia (contenuto di calore) e l'entropia (disordine) per fornire un valore unico che indica se un processo procederà naturalmente senza input di energia esterna. Il nostro calcolatore fornisce risultati istantanei e accurati per calcoli termodinamici in chimica, biochimica, scienza dei materiali e applicazioni ingegneristiche.
Vantaggi chiave dell'utilizzo del nostro Calcolatore di Energia Libera di Gibbs:
Il cambiamento dell'Energia Libera di Gibbs (ΔG) è calcolato utilizzando la seguente equazione:
Dove:
Questa equazione rappresenta l'equilibrio tra due fattori termodinamici fondamentali:
Il segno di ΔG fornisce informazioni cruciali sulla spontaneità della reazione:
È importante notare che la spontaneità non indica necessariamente la velocità della reazione: una reazione spontanea può comunque procedere molto lentamente senza un catalizzatore.
Il cambiamento standard dell'Energia Libera di Gibbs (ΔG°) si riferisce al cambiamento di energia quando tutti i reagenti e i prodotti sono nei loro stati standard (tipicamente 1 atm di pressione, 1 M di concentrazione per soluzioni, e spesso a 298,15 K o 25°C). L'equazione diventa:
Dove ΔH° e ΔS° sono i cambiamenti standard di entalpia ed entropia, rispettivamente.
Il nostro Calcolatore di Energia Libera di Gibbs è progettato per semplicità e facilità d'uso. Segui questi passaggi per calcolare il cambiamento dell'Energia Libera di Gibbs per la tua reazione o processo:
Inserisci il Cambiamento di Entalpia (ΔH) in chilojoule per mole (kJ/mol)
Inserisci la Temperatura (T) in Kelvin
Inserisci il Cambiamento di Entropia (ΔS) in chilojoule per mole-Kelvin (kJ/(mol·K))
Visualizza il Risultato
Il calcolatore esegue i seguenti controlli sugli input dell'utente:
Se vengono rilevati input non validi, verrà visualizzato un messaggio di errore e il calcolo non procederà fino a quando non verrà corretto.
Esploriamo un esempio pratico per dimostrare come utilizzare il Calcolatore di Energia Libera di Gibbs:
Esempio: Calcola il cambiamento dell'Energia Libera di Gibbs per una reazione con ΔH = -92,4 kJ/mol e ΔS = 0,0987 kJ/(mol·K) a 298 K.
Inserisci ΔH = -92,4 kJ/mol
Inserisci T = 298 K
Inserisci ΔS = 0,0987 kJ/(mol·K)
Il calcolatore esegue il calcolo: 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
Interpretazione: Poiché ΔG è negativo (-121,81 kJ/mol), questa reazione è spontanea a 298 K.
I calcoli dell'Energia Libera di Gibbs sono essenziali in numerose applicazioni scientifiche e ingegneristiche:
I chimici utilizzano l'Energia Libera di Gibbs per prevedere se una reazione si verificherà spontaneamente in condizioni date. Questo aiuta a:
In biochimica e biologia molecolare, l'Energia Libera di Gibbs aiuta a comprendere:
Gli scienziati e gli ingegneri dei materiali utilizzano i calcoli dell'Energia Libera di Gibbs per:
Le applicazioni ambientali includono:
Negli ambienti industriali, i calcoli dell'Energia Libera di Gibbs aiutano a ottimizzare:
Sebbene l'Energia Libera di Gibbs sia uno strumento termodinamico potente, altri parametri correlati possono essere più appropriati in determinate situazioni:
Definita come A = U - TS (dove U è l'energia interna), l'Energia Libera di Helmholtz è più appropriata per sistemi a volume costante piuttosto che a pressione costante. È particolarmente utile in:
Per processi in cui conta solo lo scambio di calore e gli effetti di entropia sono trascurabili, l'entalpia (H = U + PV) può essere sufficiente. Questo è spesso utilizzato in:
Quando ci si concentra esclusivamente sul disordine e sulla probabilità, l'entropia da sola può essere il parametro di interesse, specialmente in:
Per sistemi con composizione variabile, il potenziale chimico (energia libera di Gibbs parziale) diventa importante in:
Il concetto di Energia Libera di Gibbs ha una ricca storia nello sviluppo della termodinamica:
Josiah Willard Gibbs (1839-1903), scienziato e matematico americano, introdusse per la prima volta il concetto nel suo lavoro innovativo "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances", pubblicato tra il 1875 e il 1878. Questo lavoro è considerato uno dei più grandi successi nella scienza fisica del XIX secolo, stabilendo le basi della termodinamica chimica.
Gibbs sviluppò questo potenziale termodinamico mentre cercava di comprendere le condizioni per l'equilibrio nei sistemi chimici. Riconobbe che a temperatura e pressione costanti, la direzione del cambiamento spontaneo poteva essere prevista da una singola funzione che combinava gli effetti di entalpia ed entropia.
Il lavoro di Gibbs inizialmente ricevette poca attenzione negli Stati Uniti, ma era molto apprezzato in Europa, in particolare dopo essere stato tradotto in tedesco da Wilhelm Ostwald. Oggi, l'Energia Libera di Gibbs è un concetto fondamentale nella chimica fisica, ingegneria chimica, scienza dei materiali e biochimica. La capacità di prevedere la spontaneità delle reazioni e le posizioni di equilibrio utilizzando i calcoli dell'Energia Libera di Gibbs ha consentito innumerevoli progressi scientifici e innovazioni tecnologiche.
Ecco esempi di come calcolare l'Energia Libera di Gibbs in vari linguaggi di programmazione:
1' Formula di Excel per l'Energia Libera di Gibbs
2=B2-(C2*D2)
3
4' Dove:
5' B2 contiene il cambiamento di entalpia (ΔH) in kJ/mol
6' C2 contiene la temperatura (T) in Kelvin
7' D2 contiene il cambiamento di entropia (ΔS) in kJ/(mol·K)
81def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2 """
3 Calcola il cambiamento dell'Energia Libera di Gibbs
4
5 Parametri:
6 enthalpy (float): Cambiamento di entalpia in kJ/mol
7 temperature (float): Temperatura in Kelvin
8 entropy (float): Cambiamento di entropia in kJ/(mol·K)
9
10 Restituisce:
11 float: Cambiamento dell'Energia Libera di Gibbs in kJ/mol
12 """
13 gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14 return gibbs_energy
15
16# Esempio di utilizzo
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"Cambiamento dell'Energia Libera di Gibbs: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# Determina la spontaneità
25if delta_g < 0:
26 print("La reazione è spontanea.")
27elif delta_g > 0:
28 print("La reazione è non spontanea.")
29else:
30 print("La reazione è in equilibrio.")
311function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2 // Calcola il cambiamento dell'Energia Libera di 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// Esempio di utilizzo
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(`Cambiamento dell'Energia Libera di Gibbs: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// Determina la spontaneità
20if (deltaG < 0) {
21 console.log("La reazione è spontanea.");
22} else if (deltaG > 0) {
23 console.log("La reazione è non spontanea.");
24} else {
25 console.log("La reazione è in equilibrio.");
26}
271public class GibbsFreeEnergyCalculator {
2 /**
3 * Calcola il cambiamento dell'Energia Libera di Gibbs
4 *
5 * @param enthalpy Cambiamento di entalpia in kJ/mol
6 * @param temperature Temperatura in Kelvin
7 * @param entropy Cambiamento di entropia in kJ/(mol·K)
8 * @return Cambiamento dell'Energia Libera di Gibbs 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("Cambiamento dell'Energia Libera di Gibbs: %.2f kJ/mol%n", deltaG);
21
22 // Determina la spontaneità
23 if (deltaG < 0) {
24 System.out.println("La reazione è spontanea.");
25 } else if (deltaG > 0) {
26 System.out.println("La reazione è non spontanea.");
27 } else {
28 System.out.println("La reazione è in equilibrio.");
29 }
30 }
31}
32#include <iostream> #include <iomanip> /** * Calcola il cambiamento dell'Energia Libera di
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