Свободна енергия на Гибс
Шаблон:Без източници Шаблон:Статистическа физика В термодинамиката енергията на Гибс (G) отбелязва способността на даден процес да протича спонтанно. Тя е наречена така в чест на американския учен Джошуа Гибс. По дефиниция свободната енергия на Гибс е равна на
където с е зададена вътрешната енергия на системата, с е отбелязана ентропията, а с , , – съответно температурата, измерена в Келвини, обема и налягането на системата. От дефиницията следва, че енергията на Гибс G е свързана с енталпията по формулата
където с е означена енталпията, която е дефинирана като .
В диференциална форма изменението на енергията на Гибс се задава с уравнението:
тук с dNi е обозначено изменението на количеството вещество на даден компонент i, а с μi химичният потенциал на този компонент. Енергията на Гибс може следователно да се представи като функция на температурата, налягането и количеството вещество. Всички тези величини са лесноизмерими и достъпни, затова G много по-удобна при практическа работа, в сравнение с другите термодинамични потенциали (вътрешна енергия, енталпия, енергия на Хелмхолц). Уравнението се опростява ако системата не обменя вещество с околната среда (dNi=0), при изобарни процеси (dp = 0) или изотермични процеси (dT=0). Пример: ако dT и dp = 0, тогава изменението на G е равно на:
Ако при дадена химична реакция енергията на Гибс намалява, т.е. , то реакцията протича спонтанно. Ако , тогава реакцията протича само ако външни сили повлияят на системата. Ако , то системата е в динамично равновесие – скоростиете на правата и обратната реакция са равни. В състояние на равновесие енергията на Гибс на системата е минимална.
Изменението на енергията на Гибс е и мярка за максималната работа, която една система може да извърши. Изменението на енергията на Гибс ΔG при дадена реакция е свързано с редица физикохимични величини: равновесна константа, електроден потенциал.