Bereken Gibbs Vrije Energie (ΔG) om de spontaniteit van de reactie te bepalen door enthalpie (ΔH), temperatuur (T) en entropie (ΔS) waarden in te voeren. Essentieel voor toepassingen in de chemie, biochemie en thermodynamica.
ΔG = ΔH - TΔS
Waar ΔG de Gibbs vrije energie is, ΔH de enthalpie is, T de temperatuur is, en ΔS de entropie is
Gibbs Vrije Energie is een fundamentele thermodynamische eigenschap die voorspelt of chemische reacties en fysieke processen spontaan zullen plaatsvinden. Deze gratis online Gibbs Vrije Energie Calculator helpt wetenschappers, ingenieurs en studenten snel de haalbaarheid van reacties te bepalen met behulp van de bewezen formule ΔG = ΔH - TΔS.
Vernoemd naar de Amerikaanse natuurkundige Josiah Willard Gibbs, combineert dit thermodynamische potentieel enthalpie (warmte-inhoud) en entropie (wanorde) om een enkele waarde te bieden die aangeeft of een proces van nature zal verlopen zonder externe energie-invoer. Onze calculator levert directe, nauwkeurige resultaten voor thermodynamische berekeningen in de chemie, biochemie, materiaalkunde en technische toepassingen.
Belangrijkste voordelen van het gebruik van onze Gibbs Vrije Energie Calculator:
De verandering in Gibbs Vrije Energie (ΔG) wordt berekend met behulp van de volgende vergelijking:
Waarbij:
Deze vergelijking vertegenwoordigt de balans tussen twee fundamentele thermodynamische factoren:
Het teken van ΔG biedt cruciale informatie over de spontaniteit van de reactie:
Het is belangrijk op te merken dat spontaniteit niet noodzakelijk de snelheid van de reactie aangeeft—een spontane reactie kan nog steeds zeer langzaam verlopen zonder een katalysator.
De standaard verandering in Gibbs Vrije Energie (ΔG°) verwijst naar de energieverandering wanneer alle reactanten en producten zich in hun standaardtoestanden bevinden (typisch 1 atm druk, 1 M concentratie voor oplossingen, en vaak bij 298,15 K of 25°C). De vergelijking wordt:
Waar ΔH° en ΔS° respectievelijk de standaard veranderingen in enthalpie en entropie zijn.
Onze Gibbs Vrije Energie Calculator is ontworpen voor eenvoud en gebruiksgemak. Volg deze stappen om de verandering in Gibbs Vrije Energie voor uw reactie of proces te berekenen:
Voer de Verandering in Enthalpie (ΔH) in kilojoules per mol (kJ/mol)
Voer de Temperatuur (T) in Kelvin in
Voer de Verandering in Entropie (ΔS) in kilojoules per mol-Kelvin (kJ/(mol·K)) in
Bekijk het Resultaat
De calculator voert de volgende controles uit op gebruikersinvoer:
Als ongeldige invoer wordt gedetecteerd, wordt een foutmelding weergegeven en zal de berekening niet doorgaan totdat deze is gecorrigeerd.
Laten we een praktisch voorbeeld doorlopen om te demonstreren hoe de Gibbs Vrije Energie Calculator te gebruiken:
Voorbeeld: Bereken de verandering in Gibbs Vrije Energie voor een reactie met ΔH = -92,4 kJ/mol en ΔS = 0,0987 kJ/(mol·K) bij 298 K.
Voer ΔH = -92,4 kJ/mol in
Voer T = 298 K in
Voer ΔS = 0,0987 kJ/(mol·K) in
De calculator voert de berekening uit: 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
Interpretatie: Aangezien ΔG negatief is (-121,81 kJ/mol), is deze reactie spontaan bij 298 K.
Berekeningen van Gibbs Vrije Energie zijn essentieel in tal van wetenschappelijke en technische toepassingen:
Chemici gebruiken Gibbs Vrije Energie om te voorspellen of een reactie spontaan zal plaatsvinden onder gegeven omstandigheden. Dit helpt bij:
In biochemie en moleculaire biologie helpt Gibbs Vrije Energie om te begrijpen:
Materiaalkundigen en ingenieurs gebruiken berekeningen van Gibbs Vrije Energie voor:
Milieu-toepassingen omvatten:
In industriële omgevingen helpen berekeningen van Gibbs Vrije Energie om te optimaliseren:
Hoewel Gibbs Vrije Energie een krachtig thermodynamisch hulpmiddel is, kunnen andere gerelateerde parameters geschikter zijn in bepaalde situaties:
Gedefinieerd als A = U - TS (waar U interne energie is), is Helmholtz Vrije Energie geschikter voor systemen bij constante volume in plaats van constante druk. Het is bijzonder nuttig in:
Voor processen waarbij alleen warmte-uitwisseling van belang is en entropie-effecten verwaarloosbaar zijn, kan enthalpie (H = U + PV) voldoende zijn. Dit wordt vaak gebruikt in:
Wanneer de focus uitsluitend ligt op wanorde en waarschijnlijkheid, kan entropie alleen de parameter van belang zijn, vooral in:
Voor systemen met variërende samenstelling wordt chemisch potentieel (partiële molaire Gibbs energie) belangrijk in:
Het concept van Gibbs Vrije Energie heeft een rijke geschiedenis in de ontwikkeling van de thermodynamica:
Josiah Willard Gibbs (1839-1903), een Amerikaanse wetenschapper en wiskundige, introduceerde het concept voor het eerst in zijn baanbrekende werk "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances," gepubliceerd tussen 1875 en 1878. Dit werk wordt beschouwd als een van de grootste prestaties in de natuurwetenschappen van de 19e eeuw, en legt de basis voor de chemische thermodynamica.
Gibbs ontwikkelde dit thermodynamische potentieel terwijl hij probeerde de voorwaarden voor evenwicht in chemische systemen te begrijpen. Hij erkende dat bij constante temperatuur en druk, de richting van spontane verandering kon worden voorspeld door een enkele functie die de effecten van enthalpie en entropie combineerde.
Gibbs' werk ontving aanvankelijk weinig aandacht in de Verenigde Staten, maar werd zeer gewaardeerd in Europa, vooral nadat het in het Duits was vertaald door Wilhelm Ostwald. Tegenwoordig is Gibbs Vrije Energie een hoeksteenconcept in de fysische chemie, chemische technologie, materiaalkunde en biochemie. Het vermogen om de spontaniteit van reacties en evenwichtsposities te voorspellen met behulp van Gibbs Vrije Energie berekeningen heeft talloze wetenschappelijke vooruitgangen en technologische innovaties mogelijk gemaakt.
Hier zijn voorbeelden van hoe je Gibbs Vrije Energie kunt berekenen in verschillende programmeertalen:
1' Excel-formule voor Gibbs Vrije Energie
2=B2-(C2*D2)
3
4' Waar:
5' B2 bevat de verandering in enthalpie (ΔH) in kJ/mol
6' C2 bevat de temperatuur (T) in Kelvin
7' D2 bevat de verandering in entropie (ΔS) in kJ/(mol·K)
81def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2 """
3 Bereken de verandering in Gibbs Vrije Energie
4
5 Parameters:
6 enthalpy (float): Verandering in enthalpie in kJ/mol
7 temperature (float): Temperatuur in Kelvin
8 entropy (float): Verandering in entropie in kJ/(mol·K)
9
10 Returns:
11 float: Verandering in Gibbs Vrije Energie in kJ/mol
12 """
13 gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14 return gibbs_energy
15
16# Voorbeeld gebruik
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"Verandering in Gibbs Vrije Energie: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# Bepaal spontaniteit
25if delta_g < 0:
26 print("De reactie is spontaan.")
27elif delta_g > 0:
28 print("De reactie is niet-spontaan.")
29else:
30 print("De reactie is in evenwicht.")
311function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2 // Bereken de verandering in Gibbs Vrije Energie
3 // enthalpie: kJ/mol
4 // temperatuur: Kelvin
5 // entropie: kJ/(mol·K)
6
7 const gibbsEnergy = enthalpy - (temperature * entropy);
8 return gibbsEnergy;
9}
10
11// Voorbeeld gebruik
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(`Verandering in Gibbs Vrije Energie: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// Bepaal spontaniteit
20if (deltaG < 0) {
21 console.log("De reactie is spontaan.");
22} else if (deltaG > 0) {
23 console.log("De reactie is niet-spontaan.");
24} else {
25 console.log("De reactie is in evenwicht.");
26}
271public class GibbsFreeEnergyCalculator {
2 /**
3 * Bereken de verandering in Gibbs Vrije Energie
4 *
5 * @param enthalpy Verandering in enthalpie in kJ/mol
6 * @param temperature Temperatuur in Kelvin
7 * @param entropy Verandering in entropie in kJ/(mol·K)
8 * @return Verandering in Gibbs Vrije Energie 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("Verandering in Gibbs Vrije Energie: %.2f kJ/mol%n", deltaG);
21
22 // Bepaal spontaniteit
23 if (deltaG < 0) {
24 System.out.println("De reactie is spontaan.");
25 } else if (deltaG > 0) {
26 System.out.println("De reactie is niet-spontaan.");
27 } else {
28 System.out.println("De reactie is in evenwicht.");
29 }
30 }
31}
321#include <iostream>
2#include <iomanip>
3
4/**
5 * Bereken de verandering in Gibbs Vrije Energie
6 *
7 * @param enthalpy Verandering in enthalpie in kJ/mol
8 * @param temperature Temperatuur in Kelvin
9 * @param entropy Verandering in entropie in kJ/(mol·K)
10 * @return Verandering in Gibbs Vrije Energie 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 << "Verandering in Gibbs Vrije Energie: " << std::fixed << std::setprecision(2)
24 << deltaG << " kJ/mol" << std::endl;
25
26 // Bepaal spontaniteit
27 if (deltaG < 0) {
28 std::cout << "De reactie is spontaan." << std::endl;
29 } else if (deltaG > 0) {
30 std::cout << "De reactie is niet-spontaan." << std::endl;
31 } else {
32 std::cout << "De reactie is in evenwicht." << std::endl;
33 }
34
35 return 0;
36}
37# R-functie om Gibbs Vrije Energie te berekenen calculate_gibbs_free_energy <- function(enthalpy, temperature, entropy) { # enthalpie: kJ
Ontdek meer tools die handig kunnen zijn voor uw workflow