انرژی آزاد گیبس

ترمودینامیک
موتور حرارتی کلاسیک کارنو
شاخه‌ها کلاسیک آماری شیمیایی تعادلی / غیر تعادلی
قوانین صفرم اول دوم سوم
سیستم‌ها حالت معادله حالت گاز ایده‌آل گاز حقیقی فازهای ماده تعادلی حجم کنترل دستگاه‌ها فرایندها هم‌فشار هم‌حجم هم‌دما بی‌دررو هم‌آنتروپی هم‌آنتالپی شبه‌تعادلی پلی تروپیک گسترش آزاد برگشت‌پذیر برگشت‌ناپذیر Endoreversibility چرخه‌ها ماشین‌های گرمایی پمپ‌های حرارتی بازده حرارتی
خواص سامانه یادداشت: متغیرهای مزدوج (ترمودینامیک) به صورت مورب نمودارهای خاصیت خواص شدتی و مقداری تابع حالت دما / آنتروپی (معرفی) فشار / حجم پتانسیل شیمیایی / تعداد ذره کیفیت بخار خواص کاهیده توابع مسیر کار گرما
خواص مواد پایگاه‌های دادهٔ خاصیت ظرفیت گرمایی  $c=$ $T$ $\partial S$ $N$ $\partial T$ ضریب تراکم‌پذیری همدما  $\beta =-$ $1$ $\partial V$ $V$ $\partial p$ ضریب انبساط گرمایی  $\alpha =$ $1$ $\partial V$ $V$ $\partial T$
معادلات قضیه کارنو قضیه کلازیوس رابطه ترمودینامیکی بنیادی قانون گاز آرمانی روابط ماکسول (ترمودینامیک) روابط متقابل اونزاگر معادلات بریجمن جدول معادلات ترمودینامیکی
پتانسیل‌ها انرژی آزاد آنتروپی آزاد انرژی درونی $U(S,V)$ آنتالپی $H(S,p)=U+pV$ انرژی آزاد هلمولتز $A(T,V)=U-TS$ انرژی آزاد گیبس $G(T,p)=H-TS$
تاریخچه فرهنگ تاریخچه پیشینه حرارت آنتروپی قوانین گاز "Perpetual motion" machines فلسفه آنتروپی و زمان آنتروپی و زندگی چرخ جغجغه براونی شیطان ماکسول پارادوکس مرگ گرما پارادوکس لوشمیت Synergetics نظریه‌ها نظریه کالریک تئوری گرما Vis viva ("living force") هم ارزی مکانیکی گرما Motive power نشریه‌های کلیدی "An Experimental Enquiry Concerning ... Heat" "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" "Reflections on the Motive Power of Fire" گاه‌شمارها ترمودینامیک موتورهای حرارتی هنر آموزش سطح ترمودینامیکی ماکسول آنتروپی به عنوان پراکندگی انرژی
دانشمندها برنولی کارنو کلاپیرون کلاوزیوس کاراتئودوری دوهم گیبس فون هلمهولتز ژول ماکسول فون مایر اونزاگر رانکین اسمیتون استال تامسون تامسون واترستون
کتاب:ترمودینامیک

انرژی آزاد گیبس کمیتی ترمودینامیکی است که میزان خودبه‌خود انجام شدن یک واکنش را نشان می‌دهد. این کمیت با $G$ نمایش داده می‌شود. انجام یک فرایند از لحاظ ترمودینامیکی هنگامی امکان‌پذیر است که تغییرات انرژی آزاد گیبس منفی باشد.

انرژی آزاد گیبس چنین تعریف می‌شود:

$G\equiv U+PV-TS\,$

یا به‌طور معادل:

$G\equiv H-TS\,$

که در آن: U انرژی درونی

P فشار

V حجم

T دما برحسب کلوین

S آنتروپی

H آنتالپی است

این فرمول‌ها دربرگیرندهٔ دو عامل است که در انجام‌پذیری واکنش‌ها در طبیعت مؤثرند: آنتالپی (انرژی سیستم) و آنتروپی (بی‌نظمی سیستم). به عبارتی میتوان گفت در رابطه دوّم انرژی آزاد گیبس به سه عامل بستگی دارد و این سه عامل عبارتند از H یعنی انتالپی، T یعنی دما و S یعنی انتروپی. در یک سیستم ترمودینامیکی که مواد شیمیایی در حال واکنش با یکدیگر هستند با تغییر هر کدام از عوامل T،H و S انرژی آزاد کل سیستم تغییر می کند.

آنتالپی (H) تغییرات انرژی ضمن انجام واکنش را دربرمی‌گیرد. این تغییرات هم انرژی جنبشی را شامل می‌شود و هم انرژی پتانسیل را، به شرط آن که در حین انجام واکنش فشار وارد بر سیستم ثابت باشد.

یک واکنش زمانی از نظر انرژی انجام‌پذیر تلقی می‌شود که بر اثر انجام آن انرژی سیستم کمتر شود. به عبارت بهتر سیستم پایدارتر شود. در این صورت تغییرات آنتالپی منفی خواهد بود.

اما در اطراف ما بسیاری از واکنش‌ها اتفاق می‌افتند که در آن‌ها سیستم گرما می‌گیرد و انرژی آن افزایش می‌یابد، یعنی تغییرات آنتالپی در آن‌ها مثبت است. این گونه واکنش‌ها به علت عامل دوم رخ می‌دهند که آنتروپی نامیده می‌شود و با S نشان داده می‌شود. این عامل نشان‌دهندهٔ میزان بی‌نظمی سیستم است و زمانی مساعد است که انجام واکنش سبب زیادشدن بی‌نظمی در سیستم شود. در فرمول انرژی آزاد گیبس عامل S در T ضرب می‌شود که دمای مطلق (کلوین) گاز است، یعنی اثر عامل بی‌نظمی در دمای بالا بیشتر است.

منابع

• Peter Atkins and Julio de Paula, Physical chemistry, W. H. Freeman; 8th edition, U.S.A, 2006. ISBN 0-7167-8759-8