In der Thermodynamik wird Gibbs freie Energie auch als freie Enthalpie bezeichnet. Hierbei handelt es sich um ein thermodynamisches Potential, mit dem die maximale reversible Arbeit berechnet werden kann, die ein thermodynamisches System bei konstanter Temperatur und konstantem Druck (isotherm, isobar) ausführen kann.
Genau wie in der Mechanik, wo die Reduzierung der potentiellen Energie als die maximal mögliche Arbeit definiert wird, haben unterschiedliche Potentiale unterschiedliche Bedeutungen. Der Gibbs-freie Energietropfen (Joule in internationalen Einheiten) ist die maximale Menge an Nichtexpansionsarbeit, die aus einem geschlossenen thermodynamischen System extrahiert werden kann. Dieses Maximum kann nur in einem vollständig reversiblen Prozess erreicht werden.
Wenn sich ein System reversibel vom Anfangszustand in den Endzustand ändert, entspricht die Verringerung der freien Gibbs-Energie der Arbeit des Systems gegenüber seiner Umgebung, die durch die Arbeit der Druckkraft verringert wird.
Gibbs freie Energie wird mit G bezeichnet und in der Gleichung G = H - TS ausgedrückt.
Gibbs Helmholtz Gleichung:
ΔG = ΔH - TΔS
Diese Gleichung ist sehr nützlich, um die Spontaneität eines Prozesses vorherzusagen.
(i) Wenn ∆G negativ ist, ist der Prozess spontan
(ii) Wenn ∆G positiv ist, ist der Prozess nicht spontan
(iii) Wenn gleich Null, ist der Prozess im Gleichgewicht
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Gibbs freie Energie, ursprünglich als verfügbare Energie bezeichnet, wurde 1870 vom amerikanischen Wissenschaftler Josiah Willard Gibbs entwickelt. Im Jahr 1873 beschrieb Gibbs diese "verfügbare Energie" als:
"Die größte Menge an mechanischer Arbeit, die aus einer Substanz in einer bestimmten Menge in einem bestimmten Anfangszustand erhalten werden kann, ohne die Volumenmenge zu erhöhen oder Wärme zum oder von der Außenseite des Objekts fließen zu lassen, außer wie bei verbleibenden Verschlussprozessen ihren Ausgangszustand. "
Der Anfangszustand der Materie sollte laut Gibbs so sein, dass "Objekte durch einen reversiblen Prozess aus dem Energie freigesetzten Zustand passieren können".
Gibbs freie Energie und Gleichgewicht
ΔrGƟ = ΔrHƟ - TΔrSƟ = –2,303RTlogK
Wo:
K ist die Gleichgewichtskonstante
R ist die Gaskonstante
T ist die Temperatur
Für starke endotherme Reaktionen gilt der Wert von ΔrHƟ ist groß und positiv. Für diesen Wert ist die Reaktion K viel kleiner als 1 und die Reaktion bildet ein Produkt.
Für starke endotherme Reaktionen gilt der Wert von ΔrHƟ ist groß und negativ. Für einen solchen Reaktionswert wäre K größer als 1.
