Reaktion suureet
Syötä entalpian muutos ΔH (kJ/mol), entropian muutos ΔS ja lämpötila kelvineinä. Valitse entropian yksikkö – taulukoissa se on yleensä J/(mol·K).
Gibbsin energia -laskuri
Laske reaktion Gibbsin energian muutos kaavalla ΔG = ΔH − TΔS ja arvioi reaktion spontaanisuus.
Tulokset
Gibbsin energia -laskuri – reaktion spontaanisuus
Gibbsin energia -laskurilla lasket reaktion vapaan energian muutoksen ΔG ja näet, onko reaktio spontaani. Anna entalpian muutos ΔH, entropian muutos ΔS ja lämpötila, niin laskuri laskee ΔG:n kaavalla ΔG = ΔH − T·ΔS ja kertoo spontaanisuuden. Lisäksi se laskee lämpötilan, jossa ΔG vaihtaa merkin.
Mikä on Gibbsin energia?
Gibbsin energia eli vapaa energia kuvaa sitä energiaa, joka reaktiossa on käytettävissä työn tekemiseen vakiopaineessa ja -lämpötilassa. Sen muutos ΔG kertoo, eteneekö reaktio itsestään. Gibbsin energia yhdistää reaktion lämpövaikutuksen (entalpia) ja epäjärjestyksen muutoksen (entropia).
Gibbsin energian kaava
Vapaan energian muutos saadaan vähentämällä entalpian muutoksesta lämpötilan ja entropian muutoksen tulo.
ΔG = ΔH − T·ΔS
Tässä ΔG on Gibbsin energian muutos (kJ/mol), ΔH entalpian muutos (kJ/mol), T absoluuttinen lämpötila (K) ja ΔS entropian muutos. Entropia muunnetaan kilojouleiksi ennen kertomista, jos se on annettu yksikössä J/(mol·K).
Spontaanisuus ΔG:n merkistä
- ΔG < 0: reaktio on spontaani eli etenee itsestään.
- ΔG = 0: reaktio on tasapainossa.
- ΔG > 0: reaktio ei etene itsestään; käänteinen reaktio on suotuisa.
Vaiheittainen esimerkki
Ammoniakin muodostumiselle ΔH = −92,2 kJ/mol ja ΔS = −198,7 J/(mol·K). Laske ΔG lämpötilassa 298,15 K.
- Muunna entropia kilojouleiksi: ΔS = −198,7 J/(mol·K) = −0,1987 kJ/(mol·K).
- Laske termi T·ΔS = 298,15 × (−0,1987) ≈ −59,2 kJ/mol.
- Laske ΔG = −92,2 − (−59,2) = −33,0 kJ/mol.
Koska ΔG on negatiivinen, reaktio on tässä lämpötilassa spontaani.
Lämpötilan vaikutus
Lämpötila vaikuttaa ΔG:hen entropiatermin kautta. Kun ΔH ja ΔS ovat samanmerkkisiä, reaktion spontaanisuus riippuu lämpötilasta. Rajalämpötila, jossa ΔG = 0, saadaan kaavasta T = ΔH / ΔS. Tämän lämpötilan ylä- tai alapuolella reaktio muuttuu spontaaniksi tai epäspontaaniksi.
Yksiköt
Entalpia annetaan yleensä yksikössä kJ/mol ja entropia yksikössä J/(mol·K). Lämpötila on aina kelvineinä (K): celsiusasteet muunnetaan lisäämällä 273,15. Tulos ΔG saadaan yksikössä kJ/mol. Yksiköiden yhteensovittaminen on tässä laskussa tärkeää.
Yleisiä sudenkuoppia
- Muunna entropia kilojouleiksi tai entalpia jouleiksi, jotta yksiköt täsmäävät.
- Käytä lämpötilaa kelvineinä, ei celsiusasteina.
- Negatiivinen ΔG tarkoittaa spontaania reaktiota, ei "energiaa kuluttavaa".
Lukion kemian konteksti
Gibbsin energia kuuluu lukion kemian (KE) termodynamiikkaan ja reaktioiden energiatarkasteluun. ΔG yhdistää entalpian ja entropian käsitteet ja antaa kriteerin reaktion suunnalle. Se on pohja kemiallisen tasapainon ja reaktioiden suotuisuuden ymmärtämiselle.
Usein kysytyt kysymykset
Mikä on Gibbsin energian kaava?
Gibbsin energian muutos lasketaan kaavalla ΔG = ΔH − T·ΔS, jossa ΔG on vapaan energian muutos, ΔH entalpian muutos, T absoluuttinen lämpötila kelvineinä ja ΔS entropian muutos. Kaava kertoo, onko reaktio termodynaamisesti mahdollinen.
Milloin reaktio on spontaani?
Reaktio on spontaani eli itsestään etenevä, kun ΔG on negatiivinen (ΔG < 0). Kun ΔG = 0, reaktio on tasapainossa. Kun ΔG on positiivinen (ΔG > 0), reaktio ei etene itsestään annetussa lämpötilassa, vaan käänteinen reaktio on suotuisa.
Miksi entropia pitää muuntaa ennen laskua?
Entalpia ΔH ilmoitetaan yleensä yksikössä kJ/mol, mutta entropia ΔS taulukoidaan usein yksikössä J/(mol·K). Jotta yksiköt täsmäävät, entropia muunnetaan kilojouleiksi jakamalla luvulla 1000 ennen kertomista lämpötilalla. Tämä laskuri tekee muunnoksen puolestasi.
Missä yksikössä lämpötila annetaan?
Lämpötila on annettava absoluuttisena lämpötilana eli kelvineinä (K). Celsiusasteet muunnetaan kelvineiksi lisäämällä 273,15. Esimerkiksi 25 °C vastaa 298,15 K, mikä on yleinen vakiolämpötila termodynaamisissa laskuissa.
Mikä on lämpötila, jossa ΔG vaihtaa merkin?
Rajalämpötila saadaan asettamalla ΔG = 0, jolloin T = ΔH / ΔS. Tämän lämpötilan ylä- ja alapuolella reaktion spontaanisuus on erilainen, jos ΔH ja ΔS ovat samanmerkkisiä. Esimerkiksi endoterminen reaktio, jossa entropia kasvaa, muuttuu spontaaniksi tämän lämpötilan yläpuolella.
Oliko tästä laskurista apua?