Gibbsin vapaaenergia
Wikipedia
Gibbsin vapaaenergia tai Gibbsin energia G on yksi tärkeimmistä termodynaamisista potentiaaleista. Klassinen termodynamiikka tutkii systeemin tasapainotilan määräytymistä ja ominaisuuksia. Osoittautuu, että tasapainotila voidaan määrätä entropiakäsitteen avulla. Eristetty systeemi pyrkii spontaanisti kehittymään suuntaan, jossa entropia kasvaa, ja lopputila eli tasapainotila saavutetaan, kun entropia on päässyt maksimiarvoonsa.
Muissa kuin eristetyissä systeemeissä tasapainotila on hieman erilainen ja tasapainotila määräytyy jonkin muun potentiaalin kuin entropian ääriarvona. Teknillisissä prosesseissa usein lämpötila ja paine ovat vakioita. Tällöin voidaan osoittaa , että tasapainotilan ehto on se, että Gibbsin energia G saa minimiarvon.
Gibbsin energia G määritellään kaavalla G = H − TS jossa H on systeemin entalpia, T lämpötila ja S entropia.
Erityisen tärkeä Gibbsin energian sovellusalue on kemiallisten reaktioiden tutkiminen. Jos paine ja lämpötila reaktion jälkeen ovat samat kuin ennen reaktiota, niin reaktion tasapaino (eli yleensä lopputila) löydetään minimoimalla Gibbsin energia. Tästä selviää reaktion lopputuotteiden koostumus (yhdisteet ja niiden pitoisuudet), kiderakenteet ja faasit. Käytännössä lasku on helpointa tehdä kirjoittamalla lähtöaineiden ja lopputuotteiden Gibbsin energiat koostumuksen tai osapaineen funktioina ja merkitsemällä alkutilanteen ja lopputilanteen kokonais-Gibbsin energiat yhtäsuuriksi. Tästä voidaan lopputilanteen koostumus ratkaista.
Gibbsin energia on saanut nimensä amerikkalaisen fyysikon Josiah Willard Gibbs mukaan.