Calcolatore di energia libera di Gibbs

L'energia libera di Gibbs indica se un processo chimico o fisico può procedere spontaneamente a temperatura e pressione costanti. La relazione isoterma definitoria è Delta G uguale a Delta H meno T per Delta S: la variazione di entalpia è il termine propulsivo di tipo calore, il prodotto della temperatura assoluta e della variazione di entropia è il termine di disordine, e la loro differenza è l'energia libera disponibile per lavoro non di espansione. Quando Delta G è negativo il processo diretto è spontaneo in quelle condizioni; quando è positivo è favorito l'inverso; quando è zero il sistema è all'equilibrio a quella temperatura. Questo calcolatore prende tre numeri finiti —variazione di entalpia, variazione di entropia e temperatura in kelvin—, restituisce Delta G insieme al prodotto intermedio T Delta S e un'etichetta chiara di spontaneità, e rifiuta temperature kelvin negative fisicamente non valide invece di inventare un risultato senza senso. Mantenga coerenti le unità di energia tra Delta H e Delta S (ad esempio entrambe in chilojoule per mole, o entrambe in joule per mole con unità di entropia abbinate).

Come si calcola l'energia libera di Gibbs da ΔH, ΔS e T

Parta dall'identità termodinamica classica della variazione di energia libera di Gibbs a temperatura costante: Delta G uguale a Delta H meno T per Delta S. Qui Delta H è la variazione di entalpia del processo, Delta S è la variazione di entropia del sistema e T è la temperatura assoluta sulla scala kelvin.

Il prodotto T Delta S ha le stesse unità di energia di Delta H una volta che esprime Delta S come energia per kelvin nella famiglia di unità abbinata, così che la differenza sia una variazione di energia libera ben definita. Fisicamente, l'entalpia cattura il calore scambiato a pressione costante mentre il termine T Delta S rende conto della porzione di energia legata alla produzione o al consumo di entropia; l'energia libera è ciò che resta disponibile per lavoro utile oltre al lavoro di espansione.

Le convenzioni di segno seguono i manuali di chimica: Delta H negativo è esotermico, Delta S positivo aumenta il disordine, e la combinazione può rendere Delta G negativo anche per processi endotermici se temperatura ed entropia cooperano. La temperatura assoluta non deve essere negativa; i valori kelvin sotto zero sono respinti perché restano fuori dalla scala termodinamica di temperatura usata in questa formula. Zero kelvin è accettato come caso limite matematico e produce Delta G uguale a Delta H.

Campi assenti, stringhe non numeriche, NaN e Infinity falliscono la validazione prima di qualsiasi aritmetica.

Dove compaiono i calcoli di energia libera di Gibbs nel lavoro reale

I corsi di chimica generale e fisica assegnano tabelle interminabili di segni di Delta G, soglie di temperatura dove la spontaneità si inverte e confronti di reazioni guidate da entalpia versus entropia; un unico oracolo affidabile che restituisce sia il numero sia la classe di spontaneità accelera la valutazione e l'allestimento di demo. Gli ingegneri di processo che selezionano condizioni di reazione a pressione fissa stimano se un percorso candidato sia termodinamicamente favorevole prima di investire in cinetica o studi di catalizzatore.

Ricercatori di materiali e batterie confrontano variazioni di energia libera di trasformazioni solido-solido concorrenti alla temperatura di esercizio. Modelli ambientali e di geochimica valutano l'affinità di dissoluzione o precipitazione minerale con la stessa relazione isoterma una volta tabellati Delta H e Delta S.

Se più avanti le serve solo la variazione di entropia da calore su temperatura, integrali di capacità termica, costanti di equilibrio van't Hoff o energie libere di formazione tabellari da database, le tratti come intenzioni di ricerca e pagine di atterraggio separate invece di sovraccaricare questo calcolatore isotermo di Gibbs.