Av Andrea Becker | Uppdaterad 30 augusti 2022
michaeljung/iStock/Getty Images
I de flesta inledande kemikurser visas reaktioner med en enda pil, vilket innebär en enkelriktad process. I verkligheten är kemiska reaktioner reversibla, och riktningen de gynnar beror på systemets Gibbs fria energi (ΔG). Genom att utvärdera ΔG kan forskare förutsäga om en reaktion kommer att fortsätta framåt, bakåt eller nå jämvikt.
Entalpi representerar den totala energi som lagras i ett system, till stor del härrörande från molekylers slumpmässiga rörelse. Det är inte detsamma som potentiell energi av bindningar eller kinetisk energi av bulkrörelse. Entalpi förändras när värme eller arbete läggs till eller tas bort, och den påverkas av tryck och volym – särskilt i gaser.
Entropi mäter graden av oordning eller slumpmässighet i ett system. När ett system förlorar värme, som att vatten fryser till is, minskar dess entropi eftersom molekylerna antar ett mer ordnat arrangemang. På den universella skalan minskar aldrig entropin; den tenderar alltid att öka.
Både entalpi och entropi är temperaturberoende. Att lägga till värme höjer både ΔH och ΔS. Gibbs fria energiförändring beräknas som ΔG =ΔH – TΔS, där T är den absoluta temperaturen i Kelvin. Eftersom temperaturen multiplicerar entropitermen kan den tippa balansen mellan entalpi och entropi, vilket förändrar reaktionens spontanitet.
Genom att undersöka ΔG kan kemister bestämma reaktionens genomförbarhet:
När entalpi och entropi gynnar motsatta riktningar blir temperaturen den avgörande faktorn. Till exempel kan en endoterm reaktion (ΔH > 0) med positiv ΔS bli spontan vid höga temperaturer eftersom TΔS-termen uppväger ΔH.
Att förstå Gibbs fria energi utrustar forskare att designa effektiva processer, förutsäga reaktionsvägar och kontrollera industriell syntes.
