На заре химии химики использовали термин «сродство» для описания силы, ответственной за химические реакции. В современную эпоху сродство называется свободной энергией Гиббса.
Определение
Свободная энергия Гиббса является мерой потенциала для обратимая или максимальная работа, которую может выполнять система при постоянной температуре и давлении. Это термодинамическое свойство, которое было определено в 1876 году Джозайей Уиллардом Гиббсом, чтобы предсказать, будет ли процесс происходить самопроизвольно при постоянной температуре и давлении. Свободная энергия Гиббса G определяется как
G = H – TS
, где H , T и S – энтальпия, температура и энтропия. Единицей СИ для энергии Гиббса является килоджоуль.
Изменения свободной энергии Гиббса G соответствуют изменениям свободной энергии для процессов при постоянных температуре и давлении. Изменение свободной энергии Гиббса – это максимальная работа без расширения, достижимая в этих условиях в замкнутой системе; ΔG отрицательна для спонтанных процессов, положительна для неспонтанных процессов и равна нулю для процессов в равновесии.
Свободная энергия Гиббса также известен как (G), свободная энергия Гиббса, энергия Гиббса или функция Гиббса. Иногда термин «свободная энтальпия» используется, чтобы отличить ее от свободной энергии Гельмгольца.
Терминология, рекомендованная Международным союзом чистой и прикладной химии (IUPAC) – энергия Гиббса или функция Гиббса.
Положительная и отрицательная свободная энергия
Знак значения энергии Гиббса может использоваться для определить, протекает ли химическая реакция спонтанно. Если знак для ΔG положительный, для возникновения реакции необходимо ввести дополнительную энергию. Если знак для ΔG отрицательный, реакция термодинамически благоприятна и будет происходить спонтанно.
Однако только потому, что реакция возникает спонтанно, не означает, что она происходит быстро. Образование ржавчины (оксида железа) из железа происходит самопроизвольно, но происходит слишком медленно, чтобы его можно было наблюдать. Реакция:
C (s) diamond → C (s) графит
также имеет отрицательный ΔG при температуре 25 ° C и 1 атмосфере, однако алмазы не превращаются в графит самопроизвольно.