Công cụ này dùng để làm gì
Công cụ này tính biến thiên năng lượng tự do Gibbs chuẩn (ΔG°) của một phản ứng hóa học dựa trên hằng số cân bằng K và nhiệt độ tuyệt đối T. Mối liên hệ \(\Delta G^{\circ} = -RT \ln K\) kết nối nhiệt động lực học với cân bằng hóa học: nó cho biết phản ứng có tự diễn biến hay không trong điều kiện chuẩn. ΔG° âm (K > 1) cho thấy phản ứng thiên về tạo sản phẩm, còn ΔG° dương (K < 1) cho thấy phản ứng thiên về phía chất phản ứng.
Cách sử dụng
Nhập hằng số cân bằng K (đại lượng không thứ nguyên và phải lớn hơn 0) cùng nhiệt độ theo đơn vị kelvin (K). Ở 25 °C, bạn dùng giá trị 298,15 K. Công cụ sẽ trả về ΔG° theo cả kJ/mol (giá trị chính) lẫn J/mol, đồng thời hiển thị ln(K) để bạn dễ dàng kiểm tra các bước tính trung gian.
Giải thích công thức
Phương trình là
$$\Delta G^{\circ} = -R\,\text{Temperature (K)}\,\ln\!\left(\text{K}\right)$$trong đó \(R = 8{,}314462618\ \text{J/(mol}\cdot\text{K)}\) là hằng số khí lý tưởng, T là nhiệt độ tuyệt đối tính bằng kelvin, và K là hằng số cân bằng. Vì ln K không có thứ nguyên còn RT mang đơn vị J/mol, nên ΔG° sẽ tính ra theo joule trên mol; chia cho 1000 để đổi sang kJ/mol.
Ví dụ minh họa
Giả sử K = 1000 tại T = 298,15 K. Khi đó \(\ln(1000) \approx 6{,}907755\).
$$\Delta G^{\circ} = -(8{,}314462618)(298{,}15)(6{,}907755) \approx -17\,123\ \text{J/mol} \approx -17{,}12\ \text{kJ/mol}$$Giá trị K lớn cùng với ΔG° âm khẳng định đây là một phản ứng diễn ra mạnh theo chiều tạo sản phẩm.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao nhiệt độ phải tính bằng kelvin? Các phương trình nhiệt động lực học đòi hỏi nhiệt độ tuyệt đối. Đổi từ độ Celsius sang kelvin bằng cách cộng thêm 273,15.
Nếu K bằng 1 thì sao? \(\ln(1) = 0\), nên \(\Delta G^{\circ} = 0\) — phản ứng đang ở trạng thái cân bằng chính xác trong điều kiện chuẩn và không có động lực thúc đẩy theo chiều nào.
K có thể âm hoặc bằng 0 không? Không. Hằng số cân bằng luôn dương vì nồng độ và áp suất riêng phần đều là số dương, do đó ln K không xác định khi K ≤ 0.
