엔탈피(ΔH), 온도(T), 엔트로피(ΔS) 값을 입력하여 반응의 자발성을 결정하기 위해 깁스 자유 에너지(ΔG)를 계산합니다. 화학, 생화학 및 열역학 응용에 필수적입니다.
ΔG = ΔH - TΔS
여기서 ΔG는 깁스 자유 에너지, ΔH는 엔탈피, T는 온도, ΔS는 엔트로피입니다.
깁스 자유 에너지는 화학 반응과 물리적 과정이 자발적으로 발생할지를 예측하는 기본 열역학적 속성입니다. 이 무료 온라인 깁스 자유 에너지 계산기는 과학자, 엔지니어 및 학생들이 검증된 공식 ΔG = ΔH - TΔS를 사용하여 반응 가능성을 신속하게 결정하는 데 도움을 줍니다.
미국 물리학자 조시아 윌라드 깁스의 이름을 따서 명명된 이 열역학적 잠재력은 엔탈피(열 내용)와 엔트로피(무질서)를 결합하여 외부 에너지 입력 없이 과정이 자연스럽게 진행될지를 나타내는 단일 값을 제공합니다. 우리의 계산기는 화학, 생화학, 재료 과학 및 공학 응용 분야에서 열역학 계산에 대한 즉각적이고 정확한 결과를 제공합니다.
우리의 깁스 자유 에너지 계산기를 사용하는 주요 이점:
깁스 자유 에너지 변화(ΔG)는 다음 방정식을 사용하여 계산됩니다:
여기서:
이 방정식은 두 가지 기본 열역학적 요소 간의 균형을 나타냅니다:
ΔG의 부호는 반응 자발성에 대한 중요한 정보를 제공합니다:
자발성이 반드시 반응 속도를 나타내는 것은 아니라는 점에 유의해야 합니다. 자발적인 반응은 촉매 없이 매우 느리게 진행될 수 있습니다.
표준 깁스 자유 에너지 변화 (ΔG°)는 모든 반응물과 생성물이 표준 상태(일반적으로 1 atm 압력, 용액의 경우 1 M 농도, 그리고 종종 298.15 K 또는 25°C)일 때의 에너지 변화를 나타냅니다. 방정식은 다음과 같습니다:
여기서 ΔH°와 ΔS°는 각각 표준 엔탈피 및 엔트로피 변화입니다.
우리의 깁스 자유 에너지 계산기는 간단하고 사용하기 쉽게 설계되었습니다. 반응 또는 과정의 깁스 자유 에너지 변화를 계산하려면 다음 단계를 따르세요:
**엔탈피 변화 (ΔH)**를 킬로줄/몰 (kJ/mol)로 입력하세요.
**온도 (T)**를 켈빈으로 입력하세요.
**엔트로피 변화 (ΔS)**를 킬로줄/(몰·켈빈) (kJ/(mol·K))로 입력하세요.
결과 보기
계산기는 사용자 입력에 대해 다음과 같은 검사를 수행합니다:
유효하지 않은 입력이 감지되면 오류 메시지가 표시되며, 수정될 때까지 계산이 진행되지 않습니다.
깁스 자유 에너지 계산기를 사용하는 방법을 보여주기 위해 실제 예제를 살펴보겠습니다:
예제: ΔH = -92.4 kJ/mol 및 ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K)에서 298 K에서 반응의 깁스 자유 에너지 변화를 계산하세요.
ΔH = -92.4 kJ/mol 입력
T = 298 K 입력
ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) 입력
계산기가 계산을 수행합니다: 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
해석: ΔG가 음수(-121.81 kJ/mol)이므로 이 반응은 298 K에서 자발적입니다.
깁스 자유 에너지 계산은 수많은 과학 및 공학 응용 분야에서 필수적입니다:
화학자들은 깁스 자유 에너지를 사용하여 주어진 조건에서 반응이 자발적으로 발생할지를 예측합니다. 이는 다음에 도움이 됩니다:
생화학 및 분자 생물학에서 깁스 자유 에너지는 다음을 이해하는 데 도움을 줍니다:
재료 과학자 및 엔지니어는 깁스 자유 에너지 계산을 사용하여:
환경 응용 분야에는 다음이 포함됩니다:
산업 환경에서 깁스 자유 에너지 계산은 다음을 최적화하는 데 도움을 줍니다:
깁스 자유 에너지는 강력한 열역학적 도구이지만, 특정 상황에서는 다른 관련 매개변수가 더 적합할 수 있습니다:
A = U - TS (여기서 U는 내부 에너지)로 정의되는 헬름홀츠 자유 에너지는 일정한 부피에서 시스템에 더 적합합니다. 이는 특히 다음에서 유용합니다:
열 교환만 중요한 과정에서 엔트로피 효과가 무시될 수 있는 경우, 엔탈피 (H = U + PV)만으로 충분할 수 있습니다. 이는 종종 다음에서 사용됩니다:
무질서와 확률에만 집중할 때, 엔트로피만이 관심의 매개변수가 될 수 있습니다. 특히 다음에서 중요합니다:
구성이 변하는 시스템에서는 화학적 잠재력 (부분 몰 깁스 에너지)이 중요해집니다. 이는 다음에서 사용됩니다:
깁스 자유 에너지 개념은 열역학 발전의 풍부한 역사를 가지고 있습니다:
조시아 윌라드 깁스 (1839-1903)는 미국의 과학자이자 수학자로, 1875년에서 1878년 사이에 발표된 그의 획기적인 작업 "이종 물질의 평형에 대하여"에서 이 개념을 처음 소개했습니다. 이 작업은 19세기 물리 과학의 가장 위대한 업적 중 하나로 간주되며, 화학 열역학의 기초를 확립했습니다.
깁스는 화학 시스템의 평형 조건을 이해하기 위해 이 열역학적 잠재력을 개발했습니다. 그는 일정한 온도와 압력에서 자발적 변화의 방향을 엔탈피와 엔트로피 효과를 결합한 단일 함수로 예측할 수 있음을 인식했습니다.
깁스의 작업은 처음에는 미국에서 큰 주목을 받지 못했지만, 독일어로 번역된 후 유럽에서 높은 평가를 받았습니다. 오늘날 깁스 자유 에너지는 물리 화학, 화학 공학, 재료 과학 및 생화학의 핵심 개념입니다. 깁스 자유 에너지 계산을 사용하여 반응 자발성과 평형 위치를 예측할 수 있는 능력은 수많은 과학적 발전과 기술 혁신을 가능하게 했습니다.
다양한 프로그래밍 언어에서 깁스 자유 에너지를 계산하는 방법에 대한 예제는 다음과 같습니다:
1' 깁스 자유 에너지를 위한 엑셀 공식
2=B2-(C2*D2)
3
4' 여기서:
5' B2는 kJ/mol로 엔탈피 변화 (ΔH)를 포함합니다.
6' C2는 켈빈으로 온도 (T)를 포함합니다.
7' D2는 kJ/(mol·K)로 엔트로피 변화 (ΔS)를 포함합니다.
81def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2 """
3 깁스 자유 에너지 변화 계산
4
5 매개변수:
6 enthalpy (float): kJ/mol로 엔탈피 변화
7 temperature (float): 켈빈으로 온도
8 entropy (float): kJ/(mol·K)로 엔트로피 변화
9
10 반환값:
11 float: kJ/mol로 깁스 자유 에너지 변화
12 """
13 gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14 return gibbs_energy
15
16# 예제 사용
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"깁스 자유 에너지 변화: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# 자발성 결정
25if delta_g < 0:
26 print("반응이 자발적입니다.")
27elif delta_g > 0:
28 print("반응이 비자발적입니다.")
29else:
30 print("반응이 평형 상태입니다.")
311function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2 // 깁스 자유 에너지 변화 계산
3 // enthalpy: kJ/mol
4 // temperature: 켈빈
5 // entropy: kJ/(mol·K)
6
7 const gibbsEnergy = enthalpy - (temperature * entropy);
8 return gibbsEnergy;
9}
10
11// 예제 사용
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(`깁스 자유 에너지 변화: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// 자발성 결정
20if (deltaG < 0) {
21 console.log("반응이 자발적입니다.");
22} else if (deltaG > 0) {
23 console.log("반응이 비자발적입니다.");
24} else {
25 console.log("반응이 평형 상태입니다.");
26}
271public class GibbsFreeEnergyCalculator {
2 /**
3 * 깁스 자유 에너지 변화 계산
4 *
5 * @param enthalpy kJ/mol로 엔탈피 변화
6 * @param temperature 켈빈으로 온도
7 * @param entropy kJ/(mol·K)로 엔트로피 변화
8 * @return kJ/mol로 깁스 자유 에너지 변화
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("깁스 자유 에너지 변화: %.2f kJ/mol%n", deltaG);
21
22 // 자발성 결정
23 if (deltaG < 0) {
24 System.out.println("반응이 자발적입니다.");
25 } else if (deltaG > 0) {
26 System.out.println("반응이 비자발적입니다.");
27 } else {
28 System.out.println("반응이 평형 상태입니다.");
29 }
30 }
31}
32#include <iostream> #include <iomanip> /** * 깁스 자유 에너지 변화 계산 * * @param enthalpy kJ/mol로 엔탈피 변화 * @param temperature 켈빈으로 온도 * @param entropy kJ/(mol·K)로 엔트로피 변화 * @return kJ/mol로 깁스 자유 에너지 변화 */ 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,
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