Izračunajte Gibbsovo prosto energijo (ΔG) za določitev spontanosti reakcije z vnosom vrednosti entalpije (ΔH), temperature (T) in entropije (ΔS). Ključno za kemijo, biokemijo in termodinamične aplikacije.
ΔG = ΔH - TΔS
Kjer je ΔG Gibbsova prosta energija, ΔH je entalpija, T je temperatura, in ΔS je entropija
Gibbsova prosta energija je temeljna termodinamična lastnost, ki napoveduje, ali bodo kemijske reakcije in fizični procesi potekali spontano. Ta brezplačni spletni kalkulator Gibbsove proste energije pomaga znanstvenikom, inženirjem in študentom hitro določiti izvedljivost reakcij z uporabo preverjene formule ΔG = ΔH - TΔS.
Poimenovan po ameriškem fiziku Josiah Willard Gibbsu, ta termodinamični potencial združuje entalpijo (toplotna vsebnost) in entropijo (nered), da zagotovi eno samo vrednost, ki kaže, ali bo proces potekal naravno brez zunanjega vnosa energije. Naš kalkulator zagotavlja takojšnje, natančne rezultate za termodinamične izračune v kemiji, biokemiji, znanosti o materialih in inženirskih aplikacijah.
Ključne prednosti uporabe našega kalkulatorja Gibbsove proste energije:
Sprememba Gibbsove proste energije (ΔG) se izračuna z naslednjo enačbo:
Kjer:
Ta enačba predstavlja ravnotežje med dvema temeljnima termodinamičnima dejavnikoma:
Znak ΔG zagotavlja ključne informacije o spontanosti reakcij:
Pomembno je opozoriti, da spontanost ne pomeni nujno hitrosti reakcije—spontana reakcija se lahko še vedno odvija zelo počasi brez katalizatorja.
Standardna sprememba Gibbsove proste energije (ΔG°) se nanaša na spremembo energije, ko so vsi reagenti in produkti v svojih standardnih stanjih (običajno pri 1 atm tlaku, 1 M koncentraciji za raztopine in pogosto pri 298,15 K ali 25°C). Enačba postane:
Kjer sta ΔH° in ΔS° standardni spremembi entalpije in entropije.
Naš kalkulator Gibbsove proste energije je zasnovan za preprostost in enostavno uporabo. Sledite tem korakom, da izračunate spremembo Gibbsove proste energije za vašo reakcijo ali proces:
Vnesite spremembo entalpije (ΔH) v kilojoulih na mol (kJ/mol)
Vnesite temperaturo (T) v Kelvinih
Vnesite spremembo entropije (ΔS) v kilojoulih na mol-Kelvin (kJ/(mol·K))
Oglejte si rezultat
Kalkulator izvaja naslednje preverjanja vhodnih podatkov uporabnika:
Če so zaznani neveljavni vnosi, bo prikazano sporočilo o napaki, izračun pa se ne bo nadaljeval, dokler ne bo popravljen.
Poglejmo praktičen primer, da pokažemo, kako uporabiti kalkulator Gibbsove proste energije:
Primer: Izračunajte spremembo Gibbsove proste energije za reakcijo s ΔH = -92,4 kJ/mol in ΔS = 0,0987 kJ/(mol·K) pri 298 K.
Vnesite ΔH = -92,4 kJ/mol
Vnesite T = 298 K
Vnesite ΔS = 0,0987 kJ/(mol·K)
Kalkulator izvede 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
Interpretacija: Ker je ΔG negativno (-121,81 kJ/mol), je ta reakcija spontana pri 298 K.
Izračuni Gibbsove proste energije so ključni v številnih znanstvenih in inženirskih aplikacijah:
Kemiki uporabljajo Gibbsovo prosto energijo za napovedovanje, ali bo reakcija potekala spontano pod danimi pogoji. To pomaga pri:
V biokemiji in molekularni biologiji Gibbsova prosta energija pomaga razumeti:
Znanstveniki in inženirji materialov uporabljajo izračune Gibbsove proste energije za:
Okoljske aplikacije vključujejo:
V industrijskih nastavitvah izračuni Gibbsove proste energije pomagajo optimizirati:
Medtem ko je Gibbsova prosta energija močno termodinamično orodje, so lahko drugi sorodni parametri bolj primerni v določenih situacijah:
Opredeljena kot A = U - TS (kjer je U notranja energija), je Helmholtzova prosta energija bolj primerna za sisteme pri konstantnem volumnu namesto konstantnem tlaku. Še posebej je uporabna v:
Za procese, kjer je pomembna le izmenjava toplote in so učinki entropije zanemarljivi, je entalpija (H = U + PV) lahko zadostna. To se pogosto uporablja v:
Ko se osredotočamo izključno na nered in verjetnost, je entropija sama lahko parameter, ki nas zanima, še posebej v:
Za sisteme z različnim sestavom postane kemijski potencial (delna molarna Gibbsova energija) pomemben v:
Koncept Gibbsove proste energije ima bogato zgodovino v razvoju termodinamike:
Josiah Willard Gibbs (1839-1903), ameriški znanstvenik in matematik, je prvi predstavil koncept v svojem prelomnem delu "O ravnotežju heterogenih snovi", objavljenem med letoma 1875 in 1878. To delo velja za eno največjih dosežkov v fizikalni znanosti 19. stoletja, saj je postavilo temelje kemijski termodinamiki.
Gibbs je razvijal ta termodinamični potencial, medtem ko je iskal razumevanje pogojev za ravnotežje v kemijskih sistemih. Ugotovil je, da je pri konstantni temperaturi in tlaku smer spontanih sprememb mogoče napovedati z eno samo funkcijo, ki združuje učinke entalpije in entropije.
Gibbsovo delo je sprva prejelo malo pozornosti v ZDA, vendar je bilo zelo cenjeno v Evropi, zlasti po tem, ko ga je Wilhelm Ostwald prevedel v nemščino. Danes je Gibbsova prosta energija temeljni koncept v fizikalni kemiji, kemijskem inženirstvu, znanosti o materialih in biokemiji. Sposobnost napovedovanja spontanosti reakcij in položajev ravnotežja z uporabo izračunov Gibbsove proste energije je omogočila neštete znanstvene napredke in tehnološke inovacije.
Tukaj so primeri, kako izračunati Gibbsovo prosto energijo v različnih programskih jezikih:
1' Excel formula za Gibbsovo prosto energijo
2=B2-(C2*D2)
3
4' Kjer:
5' B2 vsebuje spremembo entalpije (ΔH) v kJ/mol
6' C2 vsebuje temperaturo (T) v Kelvin
7' D2 vsebuje spremembo entropije (ΔS) v kJ/(mol·K)
81def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2 """
3 Izračunajte spremembo Gibbsove proste energije
4
5 Parametri:
6 enthalpy (float): Sprememba entalpije v kJ/mol
7 temperature (float): Temperatura v Kelvin
8 entropy (float): Sprememba entropije v kJ/(mol·K)
9
10 Vrne:
11 float: Sprememba Gibbsove proste energije v kJ/mol
12 """
13 gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14 return gibbs_energy
15
16# Primer uporabe
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"Sprememba Gibbsove proste energije: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# Določite spontanost
25if delta_g < 0:
26 print("Reakcija je spontana.")
27elif delta_g > 0:
28 print("Reakcija je nespontana.")
29else:
30 print("Reakcija je v ravnotežju.")
311function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2 // Izračunajte spremembo Gibbsove proste energije
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// Primer uporabe
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(`Sprememba Gibbsove proste energije: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// Določite 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 v ravnotežju.");
26}
271public class GibbsFreeEnergyCalculator {
2 /**
3 * Izračunajte spremembo Gibbsove proste energije
4 *
5 * @param enthalpy Sprememba entalpije v kJ/mol
6 * @param temperature Temperatura v Kelvin
7 * @param entropy Sprememba entropije v kJ/(mol·K)
8 * @return Sprememba Gibbsove proste energije v 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("Sprememba Gibbsove proste energije: %.2f kJ/mol%n", deltaG);
21
22 // Določite spontanost
23 if (deltaG < 0) {
24 System.out.println("Reakcija je spontana.");
25 } else if (deltaG > 0) {
26 System.out.println("Reakcija je nespontana.");
27 } else {
28 System.out.println("Reakcija je v ravnotežju.");
29 }
30 }
31}
32#include
Odkrijte več orodij, ki bi lahko bila koristna za vaš delovni proces