Что такое калькулятор энергии Гиббса?
Этот калькулятор определяет изменение энергии Гиббса (\(\Delta G\)) химической реакции по её изменению энтальпии (\(\Delta H\)), абсолютной температуре (\(T\)) и изменению энтропии (\(\Delta S\)). Величина \(\Delta G\) показывает, может ли реакция протекать самопроизвольно при постоянных температуре и давлении: отрицательное значение \(\Delta G\) означает, что процесс термодинамически выгоден (экзергонический), положительное \(\Delta G\) — что реакция несамопроизвольна (эндергоническая), а \(\Delta G = 0\) говорит о том, что система находится в равновесии.
Как пользоваться калькулятором
Введите изменение энтальпии \(\Delta H\) в кДж/моль, температуру \(T\) в кельвинах (К) и изменение энтропии \(\Delta S\) в Дж/(моль·К). Поскольку \(\Delta H\) задаётся в килоджоулях, а \(\Delta S\) — в джоулях, калькулятор автоматически переводит \(\Delta S\) в кДж/(моль·К) (делит на 1000) перед тем, как объединить слагаемые. Благодаря этому итоговый результат корректно выражается в кДж/моль.
Разбор формулы
В основе расчёта лежит уравнение $$\Delta G = \Delta H - T\,\Delta S$$ Энтальпийное слагаемое отражает теплообмен (образование и разрыв связей), а энтропийное слагаемое \(T\,\Delta S\) описывает изменение беспорядка в системе, помноженное на температуру. С ростом температуры вклад энтропии увеличивается, что может изменить знак \(\Delta G\) и, соответственно, сделать реакцию самопроизвольной или нет.
Пример расчёта
Для образования жидкой воды \(\Delta H \approx -285{,}8\) кДж/моль, \(\Delta S \approx -163{,}2\) Дж/(моль·К) при \(T = 298{,}15\) К. Переведём \(\Delta S\): \(-163{,}2 / 1000 = -0{,}1632\) кДж/(моль·К). Тогда $$\Delta G = -285{,}8 - (298{,}15 \times -0{,}1632) = -285{,}8 + 48{,}658 = -237{,}14 \text{ кДж/моль}$$ Поскольку \(\Delta G\) отрицательно, реакция протекает самопроизвольно.
Частые вопросы
Зачем делить \(\Delta S\) на 1000? В справочниках \(\Delta S\) обычно приводится в Дж/(моль·К), а \(\Delta H\) — в кДж/моль. Деление переводит \(\Delta S\) в кДж/(моль·К), чтобы оба слагаемых были в одних единицах.
Что означает отрицательное \(\Delta G\)? Реакция высвобождает свободную энергию и протекает самопроизвольно в прямом направлении при заданной температуре.
Может ли \(\Delta G\) менять знак с температурой? Да. Когда \(\Delta H\) и \(\Delta S\) имеют одинаковый знак, слагаемое \(T\,\Delta S\) может стать определяющим при высоких или низких температурах и изменить характер самопроизвольности.
