Home  / Определения Глоссария / Энергия Гиббса

Энергия Гиббса

Многочисленные химические процессы принято разделять на эндотермические и экзотермические с присущими им тепловыми эффектами. Очевидно, что можно ввести некоторые величины, которые позволят характеризовать способность вещества к поглощению или выделению энергии. Были введены две такие величины с учетом условий проведения процесса.

Реакцию, протекающую при постоянном объеме (в замкнутом реакторе), характеризуют внутренней энергией (U), а при постоянном давлении в открытом сосуде - энтальпией (Н).

Энергия Гиббса  (изобарно-изотермический потенциал, свободная энтальпия), один из потенциалов термодинамических системы. Обозначается G, определяется разностью между энтальпией H и произведением энтропии S на термодинамическую температуру Т:

Δ_тG = Δ_тH - T·Δ_тS.

В химических процессах одновременно действуют два противоположных фактора - энтропийный (T·Δ_тS) и энтальпийный (Δ_тH). Суммарный эффект этих противоположных факторов в процессах, протекающих при постоянном давлении и температуре определяет изменение энергии Гиббса (G):

Δ_тG = Δ_тH - T·Δ_тS. 

Из этого выражения следует, что  Δ_тH =  Δ_тG + T·Δ_тS , то есть некоторое количество теплоты расходуется на увеличении энтропии (T·Δ_тS), эта часть энергии потеряна для совершения полезной работы, её часто называют связанной энергией. Другая часть теплоты (Δ_тG) может быть использована для совершения работы, поэтому энергию Гиббса часто называют также свободной энергией.

Характер изменения энергии Гиббса позволяет судить о принципиальной возможности осуществления процесса. При Δ_тG процесс может протекать, при Δ_тG>0  процесс протекать не может (иными словами, если энергия Гиббса в исходном состоянии системы больше, чем в конечном, то процесс принципиально может протекать, если наоборот - то не может). Если же , то Δ_тG=0 система находится в состоянии химического равновесия.

Обратите внимание, что речь идёт исключительно о принципиальной возможности протекания реакции. В реальных же условиях реакция может не начинаться и при соблюдении неравенства  Δ_тG (по кинетическим причинам).

Классическим определением энергии Гиббса является выражение:

G=U+PV-TS, 

где U - внутренняя энергия, P - давление, V - объем, T - абсолютная температура, S - энтропия.