Gibbs serbest enerjisi
Gibbs serbest enerjisi G, entalpi ve entropi katkılarını birleştirerek sabit T ve p koşullarında süreç yönü için ölçüt sağlar. ΔG = ΔH − TΔS bağıntısı hız yasası değildir. ΔG < 0 ileri yönü, ΔG > 0 ters yönü destekler; dengede ΔG = 0 olur.
Görsel model
Şema kavramsaldır; ölçekler birebir fiziksel ölçek değildir.
Etkileşimli hesaplama
Kendiliğindenlik hız değildir
Negatif ΔG termodinamik elverişliliği gösterir, hızlı tepkimeyi değil. Büyük bir aktivasyon engeli elverişli bir dönüşümü son derece yavaşlatabilir. G başlangıç ve son durumları karşılaştırırken kinetik mekanizmayı ve zaman ölçeğini inceler.
Her uygulamada önce sistem, başlangıç-son durumları ve birimler açıkça tanımlanmalıdır. Boyutsal tutarlılık güçlü bir denetimdir: yalnız aynı boyuttaki nicelikler toplanabilir ve kullanılan işaret seçilen fiziksel yönle uyumlu olmalıdır. Bu kontrol sayısal sonuçtan önce birçok hatayı yakalar.
ΔH ile ΔS’nin rekabeti
ΔH < 0 ve ΔS > 0 ise her iki katkı da ΔG’yi negatif yapma yönündedir. ΔH > 0 ve ΔS < 0 ise süreç elverişsizdir. Karışık durumlarda sıcaklık işareti değiştirebilir; ΔH ve ΔS çok değişmiyorsa sınır yaklaşık T ≈ ΔH/ΔS olur.
Bir denklem fiziksel modelin yerine geçmez. Sayıları yerleştirmeden önce hangi değişkenlerin sabit olduğu, hangi etkileşimlerin sisteme katıldığı ve büyüklüğün skaler mi vektörel mi olduğu belirlenmelidir. Matematiksel olarak doğru bir işlem, yanlış modele uygulanırsa fiziksel olarak yanlış sonuç verir.
Standart olmayan koşullar
Gerçek karışım için ΔG = ΔG° + RT ln Q. Q < K ise ileri tepkime G’yi düşürür; Q > K ise ters yön elverişlidir. Q bileşime göre değişirken K belirli bir sıcaklık için sabittir.
Deneysel nicelikler sonlu duyarlılıkla ölçülür. Alet seçimi, kalibrasyon, ısı ya da sürtünme kayıpları ve çevre koşulları sonucu etkileyebilir. Verilerin haklı çıkarmadığından daha fazla basamak yazmak ölçümün gerçek bilgi içeriğini artırmaz.
Denge ile bağ
Dengede Q = K ve ΔG = 0 olduğundan ΔG° = −RT ln K. Büyük K negatif ΔG° ile ve ürünlerin baskın olduğu dengeyle ilişkilidir. Bu eşitlik denge ölçümlerini doğrudan termodinamik enerji farklarına bağlar.
Her basit modelin bir geçerlilik aralığı vardır. Basınç, hız, derinlik, sıcaklık veya genlik çok büyütüldüğünde ilk hangi varsayımın bozulacağını sormak gerekir. Modelin sınırlarını belirtmek, ana bağıntıyı vermek kadar bilimsel açıklamanın bir parçasıdır.
pV dışı iş
Sabit T ve p’de tersinir süreç için G’deki azalma elde edilebilecek en büyük pV dışı işe karşılık gelir. Galvanik hücrede ΔG = −nFE olur. Gerçek cihaz iç direnç ve tersinmezlikler nedeniyle bu üst sınırdan daha az yararlı iş verir.
Son olarak büyüklük mertebesi ve sınır durum kontrol edilir. Bir parametre sıfıra indirilir ya da iki katına çıkarılırsa öngörülen değişim mekanizmayla uyumlu olmalıdır. Bu basit kontrol yanlış işaret, birim veya orantıyı daha karmaşık analize geçmeden ortaya çıkarabilir.
Alıştırmalar
Alıştırma 1
ΔH = −40 kJ·mol⁻¹, ΔS = −100 J·mol⁻¹·K⁻¹, T = 298 K. ΔG’yi bulun.
Çözüm: ΔG = −10,2 kJ·mol⁻¹.
Alıştırma 2
ΔG° < 0 ise K birden büyük mü küçüktür?
Çözüm: ΔG° = −RT ln K gereği K > 1.
Alıştırma 3
Q < K olduğunda hangi yön G’yi azaltır?
Çözüm: İleri yön.