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Molto probabilmente, le prime reazioni chimiche che hai studiato a scuola si sono mosse in una direzione; per esempio, l'aceto versato nel bicarbonato di sodio per creare un "vulcano". In realtà, la maggior parte delle reazioni dovrebbe essere illustrata con una freccia che punta in ciascuna direzione, il che significa che la reazione potrebbe andare in entrambe le direzioni. L'accertamento dell'energia libera di Gibbs di un sistema offre un modo per determinare se una freccia è molto più grande dell'altra; cioè, la reazione va quasi sempre in una direzione o sono entrambi vicini alla stessa dimensione? In quest'ultimo caso, è probabile che la reazione vada in un modo come nell'altro. I tre fattori critici nel calcolo dell'energia libera di Gibbs sono l'entalpia, l'entropia e la temperatura.
entalpia
L'entalpia è una misura di quanta energia è contenuta in un sistema. Un componente primario dell'entalpia è l'energia interna, ovvero l'energia proveniente dal movimento casuale di molecole. L'entalpia non è né l'energia potenziale dei legami molecolari né l'energia cinetica di un sistema in movimento. Le molecole in un solido si muovono molto meno di quelle di un gas, quindi il solido ha meno entalpia. Gli altri fattori nel calcolo dell'entalpia sono la pressione e il volume del sistema, che sono i più importanti in un sistema a gas. L'entalpia viene modificata quando si lavora su un sistema o se si aggiunge o sottraggono calore e / o materia.
entropia
Puoi pensare all'entropia come una misura dell'energia termica di un sistema o come una misura del disordine del sistema. Per vedere come sono collegati i due, pensa a un bicchiere d'acqua che si congela. Quando togli l'energia termica dall'acqua, le molecole che si muovevano liberamente e casualmente si bloccano in un cristallo di ghiaccio solido e molto ordinato. In questo caso, il cambiamento di entropia per il sistema era negativo; è diventato meno disordinato. A livello dell'universo, l'entropia è sempre in aumento.
Rapporto con la temperatura
L'entalpia e l'entropia sono influenzate dalla temperatura. Se aggiungi calore al sistema aumenterai sia l'entropia sia l'entalpia. La temperatura è inclusa anche come fattore indipendente nel calcolo dell'energia libera di Gibbs. Calcolate la variazione dell'energia libera di Gibbs moltiplicando la temperatura per la variazione di entropia e sottraendo il prodotto dalla variazione di entalpia per il sistema. Da questo, puoi vedere che la temperatura può cambiare drasticamente l'energia libera di Gibbs.
Rilevanza nelle reazioni chimiche
Essere in grado di calcolare l'energia libera di Gibbs è importante perché è possibile utilizzarlo per determinare la probabilità che si verifichi una reazione. L'entalpia negativa e l'entropia positiva favoriscono una reazione futura. L'entalpia positiva e l'entropia negativa non favoriscono una reazione che va avanti; queste reazioni andranno nella direzione opposta, indipendentemente dalla temperatura. Quando un fattore favorisce la reazione e l'altro no, la temperatura determina la direzione in cui andrà la reazione. Se il cambiamento nell'energia libera di Gibbs è negativo, la reazione andrà avanti; se è positivo, andrà al contrario. Quando è zero, la reazione è in equilibrio.