熱力学では、ギブズの自由エネルギーは自由エンタルピーとも呼ばれます。これは、熱力学システムが一定の温度と圧力(等温、等圧)で実行できる最大の可逆仕事を計算するために使用できる熱力学ポテンシャルです。
ポテンシャルエネルギーの減少が実行可能な最大の仕事として定義されている力学の場合と同様に、ポテンシャルが異なれば意味も異なります。ギブズの自由エネルギー降下(国際単位のジュール)は、閉じた熱力学系から抽出できる非膨張仕事の最大量です。この最大値は、完全に可逆的なプロセスでのみ達成できます。
システムが初期状態から最終状態に可逆的に変化する場合、ギブズの自由エネルギーの減少は、システムがその環境に対して行う仕事に等しく、圧力の仕事によって減少します。
ギブズの自由エネルギーはGで表され、方程式G = H-TSで表されます。
ギブズヘルムホルツ方程式:
ΔG=ΔH-TΔS
この方程式は、プロセスの自発性を予測するのに非常に役立ちます。
(i)∆Gが負の場合、プロセスは自発的です
(ii)∆Gが正の場合、プロセスは自発的ではありません
(iii)ゼロに等しい場合、プロセスは平衡状態にあります
(また読む:ボイルの法則を知ること)
もともと利用可能なエネルギーと呼ばれていたギブズの自由エネルギーは、1870年にアメリカの科学者ジョサイアウィラードギブスによって開発されました。 1873年、ギブスはこの「利用可能なエネルギー」を次のように説明しました。
「特定の初期状態で特定の量の物質から得られる機械的仕事の最大量。体積を増やしたり、オブジェクトの外部に熱を流したりすることなく、彼らの初期状態。」
ギブスによれば、物質の初期状態は、「可逆プロセスによって、物体をエネルギー放出状態から通過させることができる」ようなものでなければなりません。
ギブズの自由エネルギーと平衡
ΔrGƟ=ΔrHƟ-TΔrSƟ= −2.303RTlogK
どこ:
Kは平衡定数です
Rは気体定数です
Tは温度です
強い吸熱反応の場合、Δの値rHƟは大きくて前向きです。この値の場合、反応Kは1よりはるかに小さくなり、反応は生成物を形成します。
強い吸熱反応の場合、Δの値rHƟは大きくてネガティブです。このような反応値の場合、Kは1より大きくなります。