Molto probabilmente, le prime reazioni chimiche che hai studiato a scuola si sono mosse in una direzione; per esempio, l'aceto versato nel bicarbonato di sodio per fare un "vulcano". In realtà, la maggior parte delle reazioni dovrebbe essere illustrata con una freccia che punta in ciascuna direzione, il che significa che la reazione potrebbe andare in entrambe le direzioni. Accertare l'energia libera di Gibbs di un sistema offre un modo per determinare se una freccia è molto più grande dell'altra; cioè, la reazione quasi sempre va in una direzione, o sono entrambi vicini alla stessa dimensione? In quest'ultimo caso, la reazione ha la stessa probabilità di andare da una parte all'altra. I tre fattori critici nel calcolare l'energia libera di Gibbs sono entalpia, entropia e temperatura.

Entalpia

L'entalpia è una misura di quanta energia è contenuta in un sistema. Una componente primaria dell'entalpia è l'energia interna o l'energia derivante dal movimento casuale di molecole. L'entalpia non è né l'energia potenziale dei legami molecolari, né l'energia cinetica di un sistema in movimento. Le molecole in un solido si muovono molto meno di quelle di un gas, quindi il solido ha meno entalpia. Gli altri fattori nel calcolo dell'entalpia sono la pressione e il volume del sistema, che sono i più importanti in un sistema di gas. L'entalphy viene modificata quando lavori su un sistema o se aggiungi o sottrai calore e /o materia.

Entropia

Puoi pensare all'entropia come una misura dell'energia termica di un sistema o come misura del disordine del sistema. Per vedere come sono collegati i due, pensa a un bicchiere d'acqua che si congela. Quando togli l'energia termica dall'acqua, le molecole che si muovono liberamente e casualmente si bloccano in un cristallo di ghiaccio solido e molto ordinato. In questo caso, la variazione di entropia per il sistema era negativa; è diventato meno disordinato. A livello dell'universo, l'entropia è sempre in aumento.

Relazione con la temperatura

L'entalpia e l'entropia sono influenzate dalla temperatura. Se aggiungi calore al sistema aumenterai sia l'entropia che l'entalpia. La temperatura è anche inclusa come fattore indipendente nel calcolo dell'energia libera di Gibbs. Si calcola il cambiamento nell'energia libera di Gibbs moltiplicando la temperatura per il cambiamento di entropia e sottraendo il prodotto dal cambiamento di entalpia per il sistema. Da questo, puoi vedere che la temperatura può cambiare drasticamente l'energia libera di Gibbs.

Rilevanza nelle reazioni chimiche

Essere in grado di calcolare l'energia libera di Gibbs è importante perché puoi usarla per determinare come è probabile che si verifichi una reazione. L'entalpia negativa e l'entropia positiva favoriscono una reazione futura. L'entalpia positiva e l'entropia negativa non favoriscono una reazione in corso; queste reazioni andranno nella direzione opposta, indipendentemente dalla temperatura. Quando un fattore favorisce la reazione e l'altro no, la temperatura determina in quale direzione andrà la reazione. Se il cambiamento nell'energia libera di Gibbs è negativo, la reazione andrà avanti; se è positivo, andrà al contrario. Quando è zero, la reazione è all'equilibrio.