Calculează Energia Liberă Gibbs (ΔG) pentru a determina spontaneitatea reacției introducând valorile entalpiei (ΔH), temperaturii (T) și entropiei (ΔS). Esențial pentru aplicațiile de chimie, biochimie și termodinamică.
ΔG = ΔH - TΔS
Unde ΔG este energia liberă Gibbs, ΔH este entalpia, T este temperatura, iar ΔS este entropia
Energia Liberă Gibbs este o proprietate termodinamică fundamentală care prezice dacă reacțiile chimice și procesele fizice vor avea loc spontan. Acest Calculator de Energie Liberă Gibbs online gratuit ajută oamenii de știință, inginerii și studenții să determine rapid fezabilitatea reacției folosind formula dovedită ΔG = ΔH - TΔS.
Numele său provine de la fizicianul american Josiah Willard Gibbs, iar acest potențial termodinamic combină entalpia (conținutul de căldură) și entropia (dezordinea) pentru a oferi o valoare unică care indică dacă un proces va decurge natural fără aport de energie externă. Calculatorul nostru oferă rezultate instantanee și precise pentru calculele termodinamice în chimie, biochimie, știința materialelor și aplicații ingineresti.
Beneficiile cheie ale utilizării Calculatorului nostru de Energie Liberă Gibbs:
Schimbarea Energiei Libere Gibbs (ΔG) se calculează folosind următoarea ecuație:
Unde:
Această ecuație reprezintă echilibrul între doi factori termodinamici fundamentali:
Semnul ΔG oferă informații cruciale despre spontaneitatea reacției:
Este important de menționat că spontaneitatea nu indică neapărat viteza reacției—o reacție spontană poate continua foarte lent fără un catalizator.
Schimbarea Energiei Libere Gibbs standard (ΔG°) se referă la schimbarea de energie atunci când toți reactanții și produsele sunt în stările lor standard (de obicei, la 1 atm presiune, 1 M concentrație pentru soluții și adesea la 298.15 K sau 25°C). Ecuația devine:
Unde ΔH° și ΔS° sunt schimbările standard de entalpie și entropie, respectiv.
Calculatorul nostru de Energie Liberă Gibbs este conceput pentru simplitate și ușurință în utilizare. Urmați acești pași pentru a calcula schimbarea Energiei Libere Gibbs pentru reacția sau procesul dumneavoastră:
Introduceți Schimbarea Entalpiei (ΔH) în kilojouli pe mol (kJ/mol)
Introduceți Temperatura (T) în Kelvin
Introduceți Schimbarea Entropiei (ΔS) în kilojouli pe mol-Kelvin (kJ/(mol·K))
Vizualizați Rezultatul
Calculatorul efectuează următoarele verificări asupra intrărilor utilizatorului:
Dacă sunt detectate intrări invalide, va fi afișat un mesaj de eroare, iar calculul nu va continua până la corectare.
Să parcurgem un exemplu practic pentru a demonstra cum să folosiți Calculatorul de Energie Liberă Gibbs:
Exemplu: Calculați schimbarea Energiei Libere Gibbs pentru o reacție cu ΔH = -92.4 kJ/mol și ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) la 298 K.
Introduceți ΔH = -92.4 kJ/mol
Introduceți T = 298 K
Introduceți ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K)
Calculatorul efectuează calculul: 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
Interpretare: Deoarece ΔG este negativ (-121.81 kJ/mol), această reacție este spontană la 298 K.
Calculul Energiei Libere Gibbs este esențial în numeroase aplicații științifice și ingineresti:
Chimiștii folosesc Energia Liberă Gibbs pentru a prezice dacă o reacție va avea loc spontan în condițiile date. Acest lucru ajută la:
În biochimie și biologie moleculară, Energia Liberă Gibbs ajută la înțelegerea:
Oamenii de știință și inginerii materialelor folosesc calculele Energiei Libere Gibbs pentru:
Aplicațiile de mediu includ:
În medii industriale, calculele Energiei Libere Gibbs ajută la optimizarea:
Deși Energia Liberă Gibbs este un instrument termodinamic puternic, alți parametri corelați pot fi mai adecvați în anumite situații:
Definită ca A = U - TS (unde U este energia internă), Energia Liberă Helmholtz este mai adecvată pentru sisteme la volum constant decât la presiune constantă. Este deosebit de utilă în:
Pentru procese în care doar schimbul de căldură contează și efectele entropiei sunt neglijabile, entalpia (H = U + PV) poate fi suficientă. Aceasta este adesea folosită în:
Când ne concentrăm exclusiv pe dezordine și probabilitate, entropia singură poate fi parametrul de interes, în special în:
Pentru sisteme cu compoziție variabilă, potențialul chimic (energia liberă Gibbs molară parțială) devine important în:
Conceptul de Energie Liberă Gibbs are o istorie bogată în dezvoltarea termodinamicii:
Josiah Willard Gibbs (1839-1903), un om de știință și matematician american, a introdus pentru prima dată conceptul în lucrarea sa revoluționară "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances," publicată între 1875 și 1878. Această lucrare este considerată una dintre cele mai mari realizări în știința fizică a secolului al XIX-lea, stabilind fundația termodinamicii chimice.
Gibbs a dezvoltat acest potențial termodinamic în timp ce căuta să înțeleagă condițiile pentru echilibru în sistemele chimice. El a recunoscut că la temperatură și presiune constante, direcția schimbării spontane putea fi prezisă printr-o singură funcție care combina efectele entalpiei și entropiei.
Lucrările lui Gibbs au primit inițial puțină atenție în Statele Unite, dar au fost foarte apreciate în Europa, în special după ce au fost traduse în germană de Wilhelm Ostwald. Astăzi, Energia Liberă Gibbs este un concept de bază în chimia fizică, ingineria chimică, știința materialelor și biochimie. Capacitatea de a prezice spontaneitatea reacțiilor și pozițiile de echilibru folosind calculele Energiei Libere Gibbs a permis nenumărate progrese științifice și inovații tehnologice.
Iată exemple de cum să calculați Energia Liberă Gibbs în diferite limbaje de programare:
1' Formula Excel pentru Energia Liberă Gibbs
2=B2-(C2*D2)
3
4' Unde:
5' B2 conține schimbarea entalpiei (ΔH) în kJ/mol
6' C2 conține temperatura (T) în Kelvin
7' D2 conține schimbarea entropiei (ΔS) în kJ/(mol·K)
81def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2 """
3 Calculate Gibbs Free Energy change
4
5 Parameters:
6 enthalpy (float): Schimbarea entalpiei în kJ/mol
7 temperature (float): Temperatura în Kelvin
8 entropy (float): Schimbarea entropiei în kJ/(mol·K)
9
10 Returns:
11 float: Schimbarea Energiei Libere Gibbs în kJ/mol
12 """
13 gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14 return gibbs_energy
15
16# Exemplu de utilizare
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"Schimbarea Energiei Libere Gibbs: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# Determinați spontaneitatea
25if delta_g < 0:
26 print("Reacția este spontană.")
27elif delta_g > 0:
28 print("Reacția este non-spontană.")
29else:
30 print("Reacția este în echilibru.")
311function 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// Exemplu de utilizare
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(`Schimbarea Energiei Libere Gibbs: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// Determinați spontaneitatea
20if (deltaG < 0) {
21 console.log("Reacția este spontană.");
22} else if (deltaG > 0) {
23 console.log("Reacția este non-spontană.");
24} else {
25 console.log("Reacția este în echilibru.");
26}
271public class GibbsFreeEnergyCalculator {
2 /**
3 * Calculate Gibbs Free Energy change
4 *
5 * @param enthalpy Schimbarea entalpiei în kJ/mol
6 * @param temperature Temperatura în Kelvin
7 * @param entropy Schimbarea entropiei în kJ/(mol·K)
8 * @return Schimbarea Energiei Libere Gibbs în 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("Schimbarea Energiei Libere Gibbs: %.2f kJ/mol%n", deltaG);
21
22 // Determinați spontaneitatea
23 if (deltaG < 0) {
24 System.out.println("Reacția este spontană.");
25 } else if (deltaG > 0) {
26 System.out.println("Reacția este non-spontană.");
27 } else {
28 System.out.println("Reacția este în echilibru.");
29 }
30 }
31}
32#include <iostream>
Descoperiți mai multe instrumente care ar putea fi utile pentru fluxul dvs. de lucru