Свободна енергия на Гибс

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Серия статии на тема

Статистическа физика

Gasfas.png

В термодинамиката енергията на Гибс G отбелязва способността на даден процес да протича спонтанно. Тя е наречена така в чест на американския учен Джошуа Гибс. По дефиниция свободната енергия на Гибс \mathbf{G} е равна на

\mathbf {G}=\mathbf{U}+\mathbf{p}\mathbf{V}-\mathbf{T}. \mathbf{S}

където с \mathbf {U} е зададена вътрешната енергия на системата, с \mathbf{S} е отбелязана ентропията, а с \mathbf{T}, \mathbf{V}, \mathbf{p} - съответно температурата, измерена в Келвини, обема и налягането на системата. От дефиницията следва, че енергията на Гибс G е свързана с енталпията по формулата

 \mathbf {G} = \mathbf {H}-\mathbf {T}. \mathbf {S}

където с \mathbf{H} е означена енталпията, която е дефинирана като \mathbf{H}=\mathbf{U}+\mathbf{p}\mathbf{V}. В диференциална форма изменението на енергията на Гибс се задава с уравнението:

 \mathbf {dG = Vdp - SdT + \sum \mu_i dN_i }

тук с dNi е обозначено изменението на количеството вещество на даден компонент i, а с μi химичният потенциал на този компонент. Енергията на Гибс може следователно да се представи като функция на температурата, налягането и количеството вещество. Всички тези величини са лесноизмерими и достъпни, затова G много по-удобна при практическа работа, в сравнение с другите термодинамични потенциали (вътрешна енергия, енталпия, енергия на Хелмхолц). Уравнението се опростява ако системата не обменя вещество с околната среда (dNi=0), при изобарни процеси (dp = 0) или изотермични процеси (dT=0). Пример: ако dT и dp = 0, тогава изменението на G е равно на :

 \mathbf {dG = \sum \mu_i dN_i }

Ако при дадена химична реакция енергията на Гибс намалява, т.е. \Delta \mathbf{G}<0, то реакцията протича спонтанно. Ако \Delta \mathbf{G}>0, тогава реакцията протича само ако външни сили повлияят на системата. Ако \Delta \mathbf{G} =0, то системата е в динамично равновесие - скоростиете на правата и обратната реакция са равни. В състояние на равновесие енергията на Гибс на системата е минимална.

Изменението на енергията на Гибс е и мярка за максималната работа, която една система може да извърши. Изменението на енергията на Гибс ΔG при дадена реакция е свързано с редица физикохимични величини: равновесна константа, електроден потенциал.

Вижте също[редактиране | edit source]