깁스 자유 에너지 계산기란?
이 계산기는 화학 반응의 엔탈피 변화(\(\Delta H\)), 절대온도(\(T\)), 엔트로피 변화(\(\Delta S\))를 이용해 깁스 자유 에너지 변화(\(\Delta G\))를 구합니다. \(\Delta G\)는 일정한 온도와 압력 조건에서 반응이 자발적으로 일어날 수 있는지를 알려줍니다. \(\Delta G\)가 음수이면 반응은 열역학적으로 유리하며(발열적, exergonic), \(\Delta G\)가 양수이면 자발적으로 일어나지 않고(흡열적, endergonic), \(\Delta G = 0\)이면 계가 평형 상태에 있다는 의미입니다.
사용 방법
엔탈피 변화 \(\Delta H\)는 kJ/mol 단위로, 온도 \(T\)는 켈빈(K) 단위로, 엔트로피 변화 \(\Delta S\)는 J/mol·K 단위로 입력하세요. \(\Delta H\)는 킬로줄, \(\Delta S\)는 줄 단위이기 때문에, 계산기가 항을 합치기 전에 \(\Delta S\)를 자동으로 kJ/mol·K로 변환(1000으로 나눔)합니다. 따라서 결과는 모두 kJ/mol 단위로 일관되게 표시됩니다.
공식 설명
핵심 공식은 다음과 같습니다.
$$\Delta G = \Delta H - T\,\Delta S$$엔탈피 항은 결합의 생성과 끊김에 따른 열 교환을 나타내고, 엔트로피 항 \(T\,\Delta S\)는 무질서도의 변화를 온도로 가중한 값을 나타냅니다. 온도가 높아질수록 엔트로피의 기여가 커지며, 이로 인해 \(\Delta G\)의 부호가 바뀌어 반응의 자발성 여부가 달라질 수 있습니다.
예제 풀이
액체 물이 생성되는 반응의 경우, \(T = 298.15\ \text{K}\)에서 \(\Delta H \approx -285.8\ \text{kJ/mol}\), \(\Delta S \approx -163.2\ {\text{J/mol}\cdot\text{K}}\) 입니다. 먼저 \(\Delta S\)를 변환하면 다음과 같습니다.
$$-163.2 / 1000 = -0.1632\ {\text{kJ/mol}\cdot\text{K}}$$이를 대입하면 다음과 같이 됩니다.
$$\Delta G = -285.8 - (298.15 \times -0.1632) = -285.8 + 48.658 = -237.14\ \text{kJ/mol}$$\(\Delta G\)가 음수이므로 이 반응은 자발적으로 일어납니다.
자주 묻는 질문
왜 \(\Delta S\)를 1000으로 나누나요? \(\Delta S\)는 보통 J/mol·K 단위로 표에 정리되어 있고 \(\Delta H\)는 kJ/mol 단위입니다. 1000으로 나누면 \(\Delta S\)가 kJ/mol·K로 변환되어 두 항의 단위가 같아집니다.
\(\Delta G\)가 음수이면 무슨 의미인가요? 해당 온도에서 반응이 자유 에너지를 방출하며 정반응 방향으로 자발적으로 진행된다는 뜻입니다.
온도에 따라 \(\Delta G\)의 부호가 바뀔 수 있나요? 네. \(\Delta H\)와 \(\Delta S\)의 부호가 같을 때, 고온 또는 저온에서 \(T\,\Delta S\) 항이 우세해져 자발성 여부가 뒤바뀔 수 있습니다.
