Szabadentalpia
Ez a szócikk vagy szakasz lektorálásra, tartalmi javításokra szorul. |
A szabadentalpia (jele: G, mértékegysége: J) extenzív[1] termodinamikai állapotfüggvény, mely megadja a belső energiának az izoterm, izobár folyamatokban hasznosítható részét.[2] A szabadentalpia fogalmát Willard Gibbs amerikai fizikokémikus vezette be, az ő tiszteletére Gibbs-függvénynek is nevezik.[3]
A szabadentalpia úgy számítható, hogy a Kelvinben megadott hőmérséklet és az entrópia szorzatát kivonjuk az entalpia értékéből:
A szabadentalpia-változás (ΔG):
ennek előjeléből a reakció irányára lehet következtetni:
Negatív előjelű szabadentalpia-változás: a folyamat az adott irányban önként bekövetkezhet.
Pozitív előjelű szabadentalpia-változás: a folyamat önként nem következik be az adott irányban (de a másikban bekövetkezhet).
A szabadentalpia-változás nulla: a rendszer egyensúlyban van.
Minél nagyobb a szabadentalpia-változás mértéke, annál intenzívebb a reakció végbemenetele.
Standard moláris szabadentalpia
szerkesztésAz 1 mólnyi anyagmennyiségre vonatkozó moláris standard szabadentalpia változása ( ) közvetlen és szoros kapcsolatban áll a reakciók egyensúlyi állandójával (K):
ahol:
= moláris standard szabadentalpia [J/mol],
R = egyetemes gázállandó ≈ 8,314 J/molK,
T = (állandó) hőmérséklet [K],
K = a folyamat egyensúlyi állandója.
Ezt felhasználva egy tetszőleges folyamat reakcióegyenletéből és az adott hőmérsékletből a képződési szabadentalpiák ismeretében kiszámítható a folyamat egyensúlyi állandója. Ha a K értéke túl kicsi vagy túl nagy, akkor az a reakció egyértelmű irányítottságát mutatja.
Standardaffinitás
szerkesztésA standard moláris szabadentalpia közvetlenül kapcsolatban áll a standardaffinitással (jele A0).
ΔG0=A0[4]
Az affinitás annál nagyobb, minél távolabb van a rendszer az egyensúlyi helyzettől, minél nagyobb a szabadentalpia-különbség. A rendszer ilyenkor mindinkább törekszik az adott irányban megváltozni.
A szabadentalpia matematikai értelmezése
szerkesztésFelírva a termodinamika első főtételét állandó részecskeszámú, nemmechanikai folyamatokban végzett munkáktól eltekintve a következőt kapjuk:
Ha a nyomást és a hőmérsékletet tekintjük független változóknak és kialakítunk egy teljes differenciált, akkor egy új termodinamikai potenciál definiálható, ami a Gibbs-potenciál, vagy szabadentalpia lesz.
Matematikailag ez úgy oldható meg, hogy az egyenlet mindkét oldalához hozzáadunk -et.
Tehát: .
Egyszerűsítés után: .
Bevezetve a Gibbs-függvényt: ,
A következőt kapjuk: .
Mivel a szabadentalpia állapotfüggvény, vagyis teljes differenciál, ezért felírható rá a teljes differenciálkritérium:
- .
Leolvasva az együtthatókat: .
Ugyanakkor felírható a Schwarz-tétel is:
.
Tehát, .
Ezeket az egyenleteket megfelelően parciálisan deriválva, majd szorozva a hőmérséklettel, illetve a térfogat inverzével a következőket kapjuk:
,
.
Jegyzetek
szerkesztés- ↑ Archivált másolat. [2019. január 28-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2019. február 12.)
- ↑ Zrínyi Miklós. A fizikai kémia alapjai, 67. o.. ISBN 976-963-331-367-1
- ↑ szerk.: László Krisztina: Fizikai kémia I. Kémiai termodinamika, 64. o.
- ↑ Dr. Balázs, Lóránt. A kémiai folyamatok energetikai alapjai (1979). ISBN 963 17 3352 1
Források
szerkesztéshttp://www.kislexikon.hu/szabadentalpia.html [Tiltott forrás?]
Dr. Balázs Lóránt - A kémiai folyamatok energetikai alapjai (Tankönyvkiadó, Budapest, 1979)