Gibbsova volná energie

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Volná entalpie, jinak řečeno Gibbsova volná energie či jen Gibbsova energie nebo Gibbsova funkce, je jedním z termodynamických potenciálů, tedy extenzivní stavová termodynamická veličina s rozměrem energie. Gibbsova energie je stavová funkce, která je zpravidla značená písmenem G, která popisuje chemické děje za podmínek konstantního tlaku, konstantní teploty a konstantních látkových množství, kdy entropie jako kritérium samovolnosti děje nevyhovuje. Samotná rovnice vyjadřující Gibbsovu energii byla postulována v roce 1875, kdy J. W. Gibbs odvodil novou funkci G.[1]

Přirozenými proměnnými jsou pro Gibbsovu energii termodynamická teplota, tlak a látkové množství.

Vzhledem k tomu, že je vhodná pro posuzování termodynamické rovnováhy soustav při konstantním tlaku a teplotě, je často využívaná pro charakteristiku přirozeného směru chemických reakcí - které zpravidla probíhají při atmosférickém tlaku a teplotě prostředí.

Jednotky a značení[editovat | editovat zdroj]

Jak název napovídá, je volná entalpie čili Gibbsova energie fyzikální veličinou stejného charakteru a rozměru jako energie.

Jednotka v soustavě SI: 1 joule, značka 1 J

Doporučená značka veličiny: G

Vztahy[editovat | editovat zdroj]

Ve všech vztazích T \, je termodynamická teplota, S \, je entropie, p \, je tlak, V \, je objem, \mu_i \, je chemický potenciál a n_i \, látkové množství i-té složky, H \, je entalpie, U \, je vnitřní energie.

Gibbsovu energii lze vyjádřit z entalpie vztahem:

G = H - TS \,

Z vnitřní energie lze Gibbsovu energii vyjádřit vztahem:

G = U - TS + pV \,

Diferenciál Gibbsovy energii lze v přirozených proměnných vyjádřit vztahem:

\mathrm{d}G=-S\mathrm{d}T+V\mathrm{d}p+\sum_i\mu_i\mathrm{d}n_i\,

jehož výsledkem je, že úbytek Gibbsovy energie ΔG systému za konstantního tlaku a teploty, je roven maximální práci, kterou může systém odevzdat do okolí.

Kritérium stability rovnováhy[editovat | editovat zdroj]

V mechanice se k charakterizování stability (mechanických) systémů v konzervativním silovém poli používá potenciální energie E_\mathrm{p} \, nebo obdobná veličina potenciál. Stabilní rovnovážný systém je charakterizován minimem potenciální energie, žádná infinitezimální variace proměnných parametrů systému nemůže vést k jejímu poklesu. To lze zapsat vztahem

\delta E_\mathrm{p} \geqq 0 \,

U systémů s tepelnou výměnou s okolím je situace složitější. Pro systémy, u kterých je udržována konstantní teplota a tlak (běžné fyzikálně-chemické systémy při atmosférickém tlaku v termostatu nebo v přímém kontaktu s ohřívačem/chladičem) a neprobíhá látková výměna s okolím, ale koná se objemová práce, je vhodným potenciálem pro charakterizaci stabilní rovnováhy právě Gibbsova energie:

\left( \delta G \right)_{T,p,n} \geqq 0 \,

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. Gibbsova energie