האופי הספונטני של תהליכיםמערכות מסוגים פתוחים וסגורים מתוארות באמצעות קריטריון מיוחד, הנקרא אנרגיית גיבס. זה תפקיד של המדינה. D.W. גיבס, שעבד עם מערכות תרמודינמיות, הצליח להסיק אותו באמצעות אנטרופיה ואנתלפיה. אנרגיית גיבס, בפרט, מאפשרת לחזות את כיוון זרימת התהליכים הביולוגיים הספונטניים ולהעריך את היעילות שלהם מבחינה תיאורטית.
אם נחיל מסקנות גיבס על השניהחוק התרמודינמי, הניסוח יהיה את הדברים הבאים: הלחץ המתמיד (const) והטמפרטורה בלי מערכת משוב חיצונית עשויים לתמוך זרימה ספונטנית של תהליכים כאלה, תוצאה של אשר היא להפחית את רמת האנרגיה גבס לערך המתרחש כשזה מגיע למינימום הקבוע שלו. שיווי משקל כל מערכת תרמודינמית אומר אִי הִשְׁתַנוּת כאמור כוח (מינימום). לכן האנרגיה גיבס הוא פוטנציאל (אנתלפיה חינם) במערכות isobaric-בידוד תרמי. תנו לנו להסביר מדוע זה מוגדר מינימום. העובדה הזו היא אחת העקרונות החשובים ביותר של תרמודינאמיקה בשיווי משקל: הנתונה במצב בו השתנות טמפרטורה ולחץ כלומר לשינוי הבא יש צורך להגדיל את רמת האנרגיה, וזה אפשרי רק כאשר אתה משנה שום גורמים חיצוניים.
הגדרת האות היא G. שווה באופן נומרי להפרש בין האנתלפיה הידועה לבין ערך תוצר הטמפרטורה על ידי האנטרופיה. כלומר, אנרגיה גיבס יכול לבוא לידי ביטוי באמצעות הנוסחה הבאה:
G = H - (S * t),
שם S הוא אנטרופיה של המערכת; t הוא הטמפרטורהתרמודינמית; H הוא האנתלפיה. האנטרופיה של המערכת בנוסחה זו נכללת על מנת לקחת בחשבון את העובדה כי טמפרטורה גבוהה מובילה לירידה במצב מסודר של המערכת (הפרעת), ואילו אחד נמוך מוביל לירידה במצב מסודר של המערכת (הפרעה).
מכיוון שגם האנרגיה הגיבזית וגם האנטלפיה הם אחד מאלהפונקציות של המערכת בתרמודינמיקה, ואז על ידי שינוי G או H אפשר לאפיין את השינויים הכימיים המתמשכים. אם ניתנת משוואת התגובה והשינוי באנרגיית הגיבס, היא מסווגת כתרמו-כימית.
ביחס לאנרגיה זו יכולה להיותחוק הסס מנוסח: אם הלחץ והטמפרטורה לא משתנים, אז יצירת חומרים חדשים מהראשונים (ריאגנטים בסיסיים) מובילה לעובדה שהאנרגיה במערכת משתנה, בעוד שסוג התגובות שמתרחשות ומספרן לא משפיעים על התוצאה.
מכיוון שהאנרגיה המוזכרת במאמר,הוא כמות משתנה, המושג "אנרגיית ג'יבס סטנדרטית" הוצג לביצוע חישובים. ערך זה קיים בכל ספר עזר כימי, השווה מספרי ל 298 kJ / mol (שימו לב שהממד זהה לחלוטין לכל אנרגיה טוחנת אחרת). ערך זה מאפשר לך לחשב את השינוי כמעט לכל תהליך כימי.
אם במהלך תגובה כימית בהמערכת חשופה להשפעה חיצונית (העבודה נעשית) ואז ערך אנרגיית הגיבס עולה. תגובות כאלה מכונות אנדרגוניות. לפיכך, אם המערכת עצמה אכן עובדת ומוציאה אנרגיה, אנו מדברים על ביטויים אקסרגוניים.
הרעיון של אנרגיית גיבס מצא את הרחב ביותריישום בכימיה מודרנית. לדוגמא, סינתזת פולימר מבוססת על תגובות חיבור. כאשר הם מבוצעים, כמה חלקיקים משולבים לאחד, בעוד שערך האנטרופיה יורד. על בסיס נוסחת הגיבס, ניתן לטעון שפעולה חיצונית (למשל, טמפרטורה גבוהה) יכולה להפוך את תגובת התוספת האקסותרמית כזו, אשר מאושרת בפועל.
