Енергія Гіббса та її використання для опису можливості протікання процесів

Поняття вільної енергії Гіббса було введено в хімію з метою пояснення можливості самовільного або спонтанного протікання тієї чи іншої реакції. Розрахунок цієї енергії вимагає знання зміни ентропії процесу та кількості енергії, що поглинається або виділяється при його здійсненні.

Джозайя Віллард Гіббс

Вільна енергія, яка визначає можливість протікання різних процесів, що позначається великою літерою G. Вона дістала назву енергії Гіббса в честь американського фізика-теоретика XIX століття Джозайя Уілларда Гіббса, який вніс найважливіший внесок у розвиток сучасної теорії термодинаміки.

Цікаво відзначити, що перший свій дисертацію, після захисту якої Гіббс отримав звання доктора філософії, він написав про формою зубців шестерень. У цьому дослідженні він використав геометричні методи для розробки ідеальної форми цих зубців. Термодинамікою вчений почав займатися лише у віці 32 років, і в цій області фізики домігся величезних успіхів.

Основні поняття термодинаміки

Стандартної енергією називається енергія Гіббса при стандартних умовах, тобто при кімнатній температурі (25 ºC) і атмосферному тиску (0,1 МПа).

Для розуміння основних принципів термодинаміки слід також ввести поняття ентропії і ентальпії системи.

Під ентальпією слід розуміти внутрішню енергію системи, яка знаходиться при даному тиску і в даному обсязі. Позначається ця величина латинською буквою H і дорівнює U+PV, де U – внутрішня енергія системи, P – тиск, V – об’єм системи.

Ентропія системи є фізичною величиною, яка характеризує міру безладдя. Іншими словами, ентропія описує особливість розташування частинок, що складають дану систему, тобто характеризує ймовірність існування кожного стану цієї системи. Позначається вона зазвичай латинською буквою S.

Таким чином, ентальпія є енергетичною характеристикою, а ентропія – геометричної. Зазначимо, що для розуміння і опису протікають термодинамічних процесів, абсолютні значення ентропії і ентальпії не несуть корисної інформації, важливі лише величини їх змін, тобто ΔH і ΔS.