Что такое свободная энергия и зачем она используется в химической термодинамике?

Свободная энергия (G) — это функция, которая комбинирует энтальпию (H) и энтропию (S) системы и позволяет определить, насколько процесс или реакция будет спонтанной при определенных условиях.

В химической термодинамике свободная энергия играет важную роль, так как она позволяет предсказывать, будет ли реакция спонтанной или требует энергетического вклада для ее протекания. Спонтанность процесса определяется по знаку изменения свободной энергии (ΔG) в системе.

Если ΔG отрицательно, это указывает на то, что процесс или реакция будет спонтанной. В таком случае, система может самостоятельно протекать в этом направлении без внешнего воздействия. Если ΔG положительно, это указывает на то, что процесс или реакция не будет спонтанной и будет требовать энергетического вклада, чтобы произойти. Если ΔG равно нулю, это указывает на равновесие между реактантами и продуктами.

Свободная энергия также позволяет определить максимальную работу, которую можно получить из системы при заданных условиях. Она используется для оптимизации процессов, рассчета эффективности химических реакций и предсказания равновесных состояний систем.

Общая формула для свободной энергии (G) включает энтальпию (H), энтропию (S) и температуру (T): G = H — TS.