termodinamika, energi bebas Gibbs (dianjurkan IUPAC name: energi Gibbs atau fungsi Gibbs; juga dikenal sebagai entalpi bebas [1] untuk membedakannya dari energi Helmholtz gratis) adalah potensial termodinamik yang mengukur bekerja "bermanfaat" atau proses-memulai diperoleh dari , sistem isotermal termodinamika isobarik. Sama seperti dalam mekanika, dimana energi potensial didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan pekerjaan, potensi sama yang berbeda memiliki arti yang berbeda. energi Gibbs adalah kemampuan sistem untuk melakukan pekerjaan non-mekanis dan? G mengukur pekerjaan non-mekanis dilakukan di atasnya. Energi bebas Gibbs adalah jumlah kerja maksimum non-ekspansi yang dapat digali dari sistem tertutup, maksimum ini dapat dicapai hanya dalam proses sepenuhnya reversibel. Ketika perubahan sistem dari sebuah keadaan awal yang jelas ke keadaan akhir baik pasti, energi bebas Gibbs? G sama dengan bekerja ditukar oleh sistem dengan lingkungannya, minus kerja pasukan tekanan, selama transformasi reversibel sistem dari keadaan awal sama dengan keadaan akhir yang sama [2].energi Gibbs (juga disebut sebagai? G) juga potensi kimia yang diminimalkan saat sistem mencapai kesetimbangan pada tekanan konstan dan temperatur. Dengan demikian, ini adalah kriteria nyaman spontanitas untuk proses dengan tekanan konstan dan temperatur.Energi bebas Gibbs, awalnya disebut energi yang tersedia, dikembangkan pada 1870-an oleh ahli matematika Amerika Josiah Willard Gibbs. Pada tahun 1873, dalam catatan kaki [rujukan?], Gibbs didefinisikan apa yang disebut "energi yang tersedia" dari tubuh seperti:ia terbesar jumlah pekerjaan yang bisa diperoleh dari sejumlah tertentu zat tertentu dalam keadaan awal tertentu, tanpa meningkatkan total volume atau memungkinkan panas untuk lolos ke atau dari badan eksternal, kecuali seperti pada akhir proses yang tersisa dalam kondisi awal mereka.Keadaan awal dari tubuh, menurut Gibbs, seharusnya seperti itu bahwa "tubuh dapat dibuat untuk lulus dari dengan negara-negara energi lenyap oleh proses reversibel."Pada tahun 1876 itu opus magnum Pada Kesetimbangan dari heterogen Zat, analisis grafis dari sistem kimia multi-fase, ia terlibat pemikirannya tentang energi bebas kimia secara penuh.

na cara sederhana, sehubungan dengan STP bereaksi sistem, aturan umum praktis adalah:"Setiap sistem berupaya mencapai minimal energi bebas. "Oleh karena itu, dari kecenderungan alam umum, ukuran kuantitatif untuk berapa dekat atau jauh reaksi potensial dari minimum ini adalah ketika energetika dihitung dari proses menunjukkan bahwa perubahan di / dalam? Energi bebas Gibbs adalah negatif. Pada dasarnya, ini berarti bahwa reaksi tersebut akan disukai dan akan

melepaskan energi. Energi yang dilepaskan sama dengan jumlah kerja maksimum yang dapat dilakukan sebagai hasil dari reaksi kimia. Sebaliknya, jika kondisi menunjukkan? G positif, maka energi dalam bentuk kerja harus ditambahkan ke sistem bereaksi untuk membuat reaksi pergi.Persamaan ini juga dapat dilihat dari perspektif kedua sistem dan sekitarnya (alam semesta). Untuk tujuan perhitungan, kita asumsikan reaksi reaksi hanya terjadi di alam semesta. Jadi entropi dilepaskan atau diserap oleh sistem sebenarnya adalah entropi bahwa lingkungan harus menyerap atau melepaskan masing-masing. Jadi reaksi hanya akan diizinkan jika perubahan entropi total alam semesta adalah sama dengan nol (proses ekuilibrium) atau positif. Input dari panas menjadi reaksi "endotermik" kimia (misalnya penghapusan sikloheksanol untuk sikloheksena) dapat dilihat sebagai reaksi inheren kopling tidak menguntungkan (eliminasi) ke yang baik (pembakaran batu bara atau sumber energi dari sumber panas) seperti bahwa perubahan entropi total alam semesta lebih dari atau sama dengan nol, membuat energi bebas Gibbs dari reaksi ditambah negatif.Dalam penggunaan tradisional, istilah "bebas" itu melekat pada energi bebas Gibbs untuk sistem pada tekanan konstan dan temperatur yang berarti "tersedia dalam bentuk pekerjaan yang berguna." [2] Untuk energi bebas Gibbs, kita menambahkan kualifikasi bahwa itu adalah energi bebas untuk pekerjaan non-volume. [3]. (A artinya serupa berlaku digunakan dalam hubungannya dengan energi Helmholtz gratis, untuk sistem pada volume konstan dan suhu). Namun, peningkatan jumlah buku-buku dan artikel jurnal tidak termasuk lampiran "bebas", merujuk ke G hanya sebagai "energi Gibbs". Ini adalah hasil dari pertemuan IUPAC 1988 untuk menetapkan istilah terpadu bagi masyarakat ilmiah internasional, di mana 'bebas' itu seharusnya dibuang. Kata sifat [4] Pernyataan ini, bagaimanapun, belum diadopsi secara universal.

Kuantitas yang disebut "energi bebas" adalah pengganti lebih maju dan akurat untuk afinitas istilah ketinggalan jaman, yang digunakan oleh kimia dalam tahun-tahun sebelumnya untuk menggambarkan kekuatan yang menyebabkan reaksi kimia.Pada tahun 1873, Willard Gibbs menerbitkan Sebuah Metode Representasi geometris dari Sifat Termodinamika dari Bahan oleh Sarana Permukaan, di mana ia memperkenalkan garis awal dari prinsip-prinsip persamaan baru dapat memprediksi atau memperkirakan kecenderungan dari berbagai proses alami terjadi ketika badan atau sistem yang dibawa ke kontak. Dengan mempelajari interaksi zat homogen dalam kontak, yaitu, tubuh, berada di bagian komposisi padat, cair bagian, dan uap bagian, dan dengan menggunakan grafik tiga-dimensi energi volume-entropi-internal, Gibbs mampu menentukan tiga negara bagian kesetimbangan, yaitu, "selalu stabil", "netral", dan "tidak stabil", dan

apakah atau tidak perubahan akan terjadi.]Oleh karena itu, tahun 1882, ilmuwan Jerman Hermann von Helmholtz menyatakan bahwa afinitas adalah jumlah terbesar kerja yang dapat diperoleh pada saat reaksi dilakukan secara reversibel, misalnya, pekerjaan listrik dalam sel reversibel.Pekerjaan maksimum demikian dianggap sebagai penurunan energi bebas, atau tersedia, dari sistem (energi Gibbs G gratis di T = konstan, P = F energi konstan atau Helmholtz gratis di T = konstan, V = konstan), sedangkan panas keluar yang diberikan biasanya merupakan ukuran dari penurunan dari energi total sistem (internal energi). Jadi, G atau F adalah jumlah energi "gratis" untuk bekerja di bawah kondisi yang diberikan.Sampai titik ini, pandangan umum telah seperti bahwa: "semua reaksi kimia drive sistem ke keadaan keseimbangan di mana afinitas reaksi lenyap". Selama 60 tahun berikutnya, afinitas istilah datang untuk diganti dengan energi bebas panjang.Menurut sejarawan kimia Henry Leicester, tahun 1923 berpengaruh buku teks Termodinamika dan Energi Bebas Kimia Reaksi oleh Gilbert N. Lewis dan Merle Randall menyebabkan penggantian "afinitas" istilah oleh "energi bebas" dalam banyak bahasa Inggris- berbicara dunia.Definisi

Willard Gibbs 'energi 1873 tersedia (energi bebas) grafik, yang menunjukkan permukaan yang tegak lurus dengan sumbu v (volume) dan melalui titik A, yang merupakan keadaan awal tubuh. MN adalah bagian dari permukaan energi hilang.Qε dan Qη adalah bagian dari pesawat η = 0 dan ε = 0, dan karena itu sejajar dengan sumbu ε (energi internal) dan η (entropi), masing-masing. AD dan AE adalah energi dan entropi tubuh dalam keadaan awal, AB dan energi yang tersedia AC (Gibbs energi gratis) dan kapasitas untuk entropi (jumlah yang di mana entropi tubuh dapat ditingkatkan tanpa mengubah energi tubuh atau meningkatkan volume) masing-masing.Energi bebas Gibbs didefinisikan sebagai:G (p, T) pV = U - TSyang sama:G (p, T) = H - TSdimana:U adalah energi internal (SI unit: joule)p adalah tekanan (SI unit: pascal)V adalah volume (SI unit: m3)T adalah suhu (SI unit: Kelvin)S adalah entropi (unit SI: joule per kelvin)

H adalah entalpi (SI unit: joule)Catatan: H dan S adalah nilai-nilai termodinamik ditemukan pada suhu dan tekanan standar. Ekspresi untuk perubahan reversibel infinitesimal energi bebas Gibbs, untuk sistem terbuka, dikenai operasi kekuatan-kekuatan eksternal Xi, yang menyebabkan parameter eksternal dari sistem untuk mengubah ai oleh dai jumlah, diberikan oleh:

dimana:μi adalah potensi kimia dari komponen kimia i. (SI unit: joule per partikel [6] atau joule per mol [2])Ni adalah jumlah partikel (atau jumlah mol) penyusunan komponen kimia i.

nya merupakan salah satu bentuk persamaan Gibbs fundamental. [7] Dalam ungkapan yang sangat kecil, jangka melibatkan account potensial kimia untuk perubahan energi bebas Gibbs akibat masuknya atau outflux partikel. Dengan kata lain, ia berlaku untuk sistem terbuka. Untuk sistem tertutup, istilah ini dapat dihapus.Sejumlah persyaratan tambahan dapat ditambahkan, tergantung pada sistem tertentu yang sedang dipertimbangkan. Selain kerja mekanik, sistem mungkin, di samping itu, melakukan berbagai jenis pekerjaan. Sebagai contoh, dalam ekspresi yang sangat kecil, energi yang bekerja kontraktil yang terkait dengan sistem termodinamika yang adalah serat kontraktil yang lebih pendek oleh-jumlah dl bawah gaya f akan menghasilkan FDL istilah yang ditambahkan. Jika jumlah biaya-de diperoleh oleh sistem di sebuah Ψ potensial listrik, pekerjaan listrik yang terkait dengan hal ini adalah-Ψde, yang akan dimasukkan dalam ekspresi infinitesimal.masa kerja lainnya yang ditambahkan pada setiap persyaratan sistem. [8]Setiap kuantitas dalam persamaan di atas dapat dibagi dengan jumlah zat, diukur dalam mol, untuk membentuk energi bebas Gibbs molar. Energi bebas Gibbs adalah salah satu fungsi termodinamika yang paling penting bagi karakterisasi sistem. Ini adalah faktor dalam menentukan hasil seperti tegangan dari sel elektrokimia, dan konstanta kesetimbangan untuk reaksi reversibel. Dalam isotermal, sistem isobarik, energi bebas Gibbs dapat dianggap sebagai jumlah "dinamis", dalam hal ini adalah ukuran perwakilan dari efek bersaing kekuatan mengemudi enthalpic dan entropis terlibat dalam proses termodinamika.Ketergantungan suhu energi Gibbs untuk gas ideal diberikan oleh persamaan Gibbs-Helmholtz dan ketergantungan tekanannya diberikan oleh:

jika volume diketahui daripada tekanan maka menjadi:

atau lebih mudah sebagai perusahaan kimia potensial:

Dalam sistem non-ideal, fugasitas datang ke dalam bermain.

Derivation

The Gibbs free energy total differential natural variables may be derived via Legendre transforms of the internal energy.

.

Because S, V, and Ni are extensive variables, Euler's homogeneous function theorem allows easy integration of dU:[9]

.

The definition of G from above is

.

Taking the total differential, we have

.

Replacing dU with the result from the first law gives[9]

.

The natural variables of G are then p, T, and {Ni}. Because some of the natural variables are intensive, dG may not be integrated using Euler integrals as is the case with internal energy. However, simply substituting the result for U into the definition of G gives a standard expression for G:[9]

.

ree energy of reactions

To derive the Gibbs free energy equation for an isolated system, let Stot be the total entropy of the isolated system, that is, a system that cannot exchange heat or mass with its surroundings. According to the second law of thermodynamics:

and if ΔStot = 0 then the process is reversible. The heat transfer Q vanishes for an adiabatic system. Any adiabatic process that is also reversible is

called an isentropic   process.

Now consider systems, having internal entropy Sint. Such a system is thermally connected to its surroundings, which have entropy Sext. The entropy form of the second law applies only to the closed system formed by both the system and its surroundings. Therefore a process is possible if

.

If Q is heat transferred to the system from the surroundings, so −Q is heat lost by the surroundings

so that   corresponds to entropy change of the surroundings.

We now have:

Multiply both sides by T:

Q is heat transferred to the system; if the process is now assumed to be isobaric, then Qp = ΔH:

ΔH is the enthalpy change of reaction (for a chemical reaction at constant pressure). Then

for a possible process. Let the change ΔG in Gibbs free energy be defined as

 (eq.1)

Notice that it is not defined in terms of any external state functions, such as ΔSext or ΔStot. Then the second law becomes, which also tells us about the spontaneity of the reaction:

 favoured reaction (Spontaneous)

 Neither the forward nor the reverse reaction prevails (Equilibrium)

 disfavoured reaction (Nonspontaneous)

Gibbs free energy G itself is defined as

 (eq.2)

but notice that to obtain equation (2) from equation (1) we must assume that T is constant. Thus, Gibbs free energy is most useful for thermochemical processes at constant temperature and pressure: both isothermal and isobaric. Such processes don't move on a P-V diagram, such as phase change of a pure substance, which takes place at the saturation pressure and temperature. Chemical reactions, however, do undergo changes in chemical potential, which is a state function. Thus, thermodynamic processes are not confined to the two dimensionalP-V diagram. There is a third dimension for n, the quantity of gas. For the study of explosive chemicals, the processes are not necessarily isothermal and isobaric. Forthese studies,Helmholtz free energy  is used.

If an isolated system (Q = 0) is at constant pressure (Q = ΔH), then

Therefore the Gibbs free energy of an isolated system is:

and if ΔG ≤ 0 then this implies that ΔS ≥ 0, back to where we started the derivation of ΔG

Useful identities

 for constant temperature

 (see Chemical equilibrium).

and rearranging gives

which relates the electrical potential of a reaction to the equilibrium coefficient for that reaction (Nernst equation).

where

ΔG = change in Gibbs free energy, ΔH = change in enthalpy, T = absolute temperature, ΔS = change in entropy, R = gas constant, ln = natural logarithm, ΔrG = change of reaction in Gibbs free energy, ΔrG° = standard change of reaction in Gibbs free energy, K = equilibrium constant, Qr = reaction quotient, n = number of electrons per mole product, F = Faraday constant (coulombs per mole), and E = electrode potential of the reaction. Moreover, we also have:

which relates the equilibrium constant with Gibbs free energy.

Standard change of formation

The standard Gibbs free energy of formation of a compound is the change of Gibbs free energy that accompanies the formation of 1 mole of that substance from its component elements, at their standard states (the most stable form of the element at 25 degrees Celsius and 100 kilopascals). Its symbol is ΔfG˚.

All elements in their standard states (oxygen gas, graphite, etc.) have 0 standard Gibbs free energy change of formation, as there is no change involved.

ΔrG = ΔrG˚ + RT ln Qr; Qr is the reaction quotient.

At equilibrium, ΔrG = 0 and Qr = K so the equation becomes ΔrG˚ = −RT ln K; K is the equilibrium constant.

[edit]Table of selected substances[10]

Substance State ΔfG°(kcal/mol)

NH3 g −3.976

H2O l −56.69

H2O g −54.64

CO2 g −94.26

CO g −32.81

CH4 g −12.14

C2H6 g −7.86

C3H8 g −5.614

C8H18 g 4.14

C10H22 g 8.23