انرژی آزاد گیبس چیست و چه کاربردی دارد

انرژی آزاد گیبس کمیتی ترمودینامیکی است که میزان خودبه‌خود انجام شدن یک واکنش را نشان می‌دهد. این کمیت با Gنمایش داده می‌شود. انجام یک فرایند از لحاظ ترمودینامیکی هنگامی امکان‌پذیر است که تغییرات انرژی آزاد گیبس منفی باشد.ویلارد گیبس فیزیکدان آمریکایی توانست با تلفیق سه عامل آنتالپی، آنتروپی و دما، کمیتی را به نام انرژی آزاد معرفی کند و برای آن معادله ای ارائه دهد که به افتخار او این انرژی را انرژی آزاد گیبس (G) می نامند.

با استفاده از معادله تغییر انرژی آزاد گیبس (∆G) می توان هم زمان اثر سه عامل تغییر آنتالپی (∆H)، تغییر آنتروپی ( ∆S) و دما (T) را در پیشرفت خود به خودی واکنش ها بررسی کرد.

نکات خلاصه و طبقه بندی انرژی آزاد گیبس G

• انرژی آزاد گیبس مقدار انرژی در دسترس برای انجام یک فرآیند است.
• اگر یک عامل مساعد و عامل دیگری نامساعد باشد، دما در خودبه خودی بودن آن واکنش خیلی تاثیر دارد و باید انرژی آزاد گیبس را محاسبه کنیم.
• انرژی آزاد گیبس از کم کردن (حاصلضرب دما در تغییر آنتروپی) از مقدار آنتالپی به دست می آید.
  
• در رابطه انرژی آزاد گیبس، دما برحسب کلوین است .
• در رابطه انرژی آزاد گیبس، باید آنتالپی و آنتروپی یکای یکسانی داشته باشند(هر دو ژول یا هر دو کیلوژول).
• اگر تغییر انرژی آزاد گیبس منفی باشد؛ واکنش خودبه خودی است.
• اگر نغییرات انرژی آزاد گیبس مثبت باشد؛ واکنش غیر خودبه خودی است.
• اگر تغییرات انرژی آزاد گیبس برابر صفر باشد؛ واکنش تعادلی است (در بخش2 شیمی4 بررسی می شود)
• انرژی آزاد گیبس تابع حالت است.

نکته: در معادله انرژی آزاد گیبس دما در مقیاس کلوین است.
نکته: انرژی آزاد گیبس تابع حالت است و فقط به حالت آغازی و پایانی هر تغییر یا تحولی بستگی دارد.
با توجه به علامت ∆G سه حالت ممکن است پیش آید:

• اگر علامت ∆G  منفی باشد؛ تغییر خود به خودی است.
•  اگر علامت ∆G مثبت باشد؛ تغییر غیر خود به خودی است.
•  اگر مقدار ∆G برای واکنشی برابر صفر باشد در این صورت واکنش در هر دو مسیر رفت و برگشت خود به خود خواهد بود و گفته می شود که واکنش در تعادل است.

با توجه به معادله انرژی آزاد گیبس بهتر می توانیم پیرامون رقابت بین آنتالپی و آنتروپی بحث کنیم. همان طور که قبلا گفته شد منفی بودن ∆H در پیشرفت خود به خودی واکنش عاملی مساعد محسوب می شود زیرا به منفی شدن∆G  کمک می کند. هم چنین مثبت بودن ∆S به پیشرفت خود به خودی واکنش کمک می کند زیرا اگر ∆S مثبت باشد، عبارت « -T∆S » منفی شده و این امر به منفی شدن ∆G کمک می کند.
در بحث پیرامون اثر دما می توان این طور گفت که در دماهای بالا مقدار عبارت T∆S افزایش یافته و به همین خاطر است که می گوییم اگر علامت ∆S و علامت ∆H مثبت باشد، در دماهای بالا واکنش خود به خودی است زیرا عبارت  -T∆S  از ∆H  بزرگتر می شود و ∆G کوچک تر از صفر خواهد شد.

در دماهای پایین وضعیت برعکس خواهد بود یعنی مقدار عبارت T∆S کاهش یافته و اگر ∆S نیز منفی باشد علامت این عبارت مثبت شده و در این شرایط تنها در صورتی ∆G منفی می شود که ∆H منفی باشد.