Gibbs serbest enerjisi entalpiden, entropi ve mutlak sıcaklığın çarpımının çıkarılmasıyla elde edilen termodinamik bir değişkendir. Genel olarak kimyasal bir reaksiyonun enerji potansiyelinin işe dönüştürülebilmesiyle ilgilidir.
Genel bakış
1870'li yıllarda Josiah Willard Gibbs tarafından bir sürecin sabit bir basınç ve sıcaklık koşullarında kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşemeyeceğini tahmin etmek amacıyla tanımlanmıştır. Bir sürecin kendiliğinden gerçekleşip gerçekleşemeyeceğinin belirlenebilmesi için sistemin entropisindeki değişimin (ΔS°(sistem)) ve çevrenin entropisindeki değişimin (ΔS°(çevre)) bilinmesi gerekmektedir. Öte yandan Gibbs serbest enerjisi bilinmesi gerekenleri tek bir termodinamik işlev altında toplayan ve kendiliğinden gerçekleşmenin belirlenmesinde çevrenin entropisindeki değişimin hesaplanmasına gerek duyurmayan bir kavram ortaya koyar. Matematiksel olarak Gibbs enerjisi aşağıdaki gibi ifade edilir;
Burada;
- H: Entalpi
- T: Kelvin sıcaklığı
- S: ise entropi değeridir.
Ayrıca bu eşitlikte G, H ve S sistemin değişkenleridir.
Her maddenin serbest enerjisi vardır fakat bu değer nadiren bilinebilmektedir. Mutlak serbest enerji değerinin yerine fiziksel ve kimyasal süreçlerde bu değerin değişim miktarı kullanılmaktadır. Kimyasal tepkimelerde Gibbs serbest enerjisindeki değişim değerinden yararlanarak, tepkimenin ürünlere mi yoksa reaktanlara mı eğilimli olduğu belirlenebilmektedir. Gibbs enerjisindeki değişim;
Standart koşullarda Gibbs enerjisindeki değişim;
şeklinde ifade edilmektedir.
Kendiliğinden gelişme olgusu ve Kimyasal denge
Toplam entropi değişimi çevre ve sistem'in entropisindeki değişimin toplamına eşittir ve bu değişim aşağıdaki gibi ifade edilebilinir;
- ve
- sırasıyla evrendeki, çevredeki ve sistemdeki entropi değişimleridir. Çevrenin entropisindeki değişim −ΔH(s)/T ifadesine eşit olduğuna göre, eğer yukarıdaki eşitlik yeniden yazılırsa;
her iki tarafın -T ile çarpılması sonucu,
- elde edilir.
Dolayısıyla;
- Sistemin serbest Gibbs enerjisindeki değişim evrenin entropisindeki değişime aşağıdaki ifadedeki gibi orantılıdır.
Sistemin Gibbs enerjisindeki değişim, evrenin entropisindeki değişime doğru orantılı olduğundan dolayı, fiziksel veya kimyasal değişimlerin kendiliğinden gelişmesi hususunda bir ölçüt olarak kullanılabilinir.
ΔrG° | Kendiliğinden gerçekleşmesi |
---|---|
ΔrG° < 0 | Reaksiyon kendiliğinden gerçekleşir (standard koşullarda) |
ΔrG° = 0 | Reaksiyon dengededir (standard koşullarda) |
ΔrG° > 0 | Reaksiyon kendiliğinden gerçekleşmez (standard koşullarda) |
Yukarıdaki tablo bir kimyasal reaksiyonun kendiliğinden gerçekleşebilme olgusunun ΔrG° değerinin işaretine göre nasıl şekil aldığını özetlemektedir.
Bir reaksiyonun ΔG < 0 olduğunda o reaksiyon ürünler yönünde ilerler reaksiyon denge noktasına ulaşıncaya kadar. Tepkime sürdükce ΔG sıfıra yaklaşır ve denge sağlandığında ΔG = 0'dır. Denge noktası geçildiğinde ΔG > 0 olur ve reaksiyon artık kendiliğinden ürünler yönüne hareket etmez bunun yerine reaktanlar yönüne hareket etme eğilimindedir.
ΔrG ° standart koşullarda tepkimenin gibbs enerjisi ise ΔrG ° ve ΔrG arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir.
- Burada R evrensel , T kelvin sıcaklığı ve Q tepkime orantısıdır.
- Genel bir kimyasal tepkime denklemi aşağıdaki gibi ifade edilirse;
- Q tepkime orantısı
- şeklindedir.
Sistem denge noktasına ulaştığında ΔrG = 0 ve Q = K () olur. Yukarıdaki eşitlik yeniden yazıldığında;
ifadesi elde edilir. Bu eşitlikten anlaşılması gereken, eğer ΔrG° <0 ise, denge sabiti 1'den büyüktür ve reaksiyon ürünlerin miktarını artırmaya eğilimlidir. Diğer taraftan eğer ΔrG° > 0 ise K değeri 1'den küçüktür ve tepkime ters yönde ilerlemeye eğilimlidir. ΔrG° = 0 olduğunda K 1'e eşit olur ve tepkime dengeye ulaşmıştır.
- ifadesindeki ΔrG° eğer -RTlnK'ile yer değiştirilirse;
- ifadesi ortaya çıkar. Bu ifade de tekrar yazıldığında
- elde edilir.
Dolayısıyla bir reaksiyonun kendiliğinden gerçekleşmesi için ΔrG sıfırdan küçük olmalıdır, diğer bir ifadeyle Q < K olmalıdır. Diğer taraftan tepkimenin reaktanlar yönüne eğilimli olabilmesi için ΔrG sıfırdan büyük olmalıdır bu da Q > K olmasını gerektirir.
Kaynakça
- Townsend, John C. Kotz, Paul M. Treichel, John R.. Chemistry & chemical reactivity (8th ed. bas.). Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Learning. .
- [et (2010) al.], Ralph H. Petrucci ... . General chemistry : principles and modern applications (10th ed. bas.). Toronto: Pearson Prentice Hall. .
Notlar
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
Gibbs serbest enerjisi entalpiden entropi ve mutlak sicakligin carpiminin cikarilmasiyla elde edilen termodinamik bir degiskendir Genel olarak kimyasal bir reaksiyonun enerji potansiyelinin ise donusturulebilmesiyle ilgilidir Genel bakisWillard Gibbs 1870 li yillarda Josiah Willard Gibbs tarafindan bir surecin sabit bir basinc ve sicaklik kosullarinda kendiliginden gerceklesip gerceklesemeyecegini tahmin etmek amaciyla tanimlanmistir Bir surecin kendiliginden gerceklesip gerceklesemeyeceginin belirlenebilmesi icin sistemin entropisindeki degisimin DS sistem ve cevrenin entropisindeki degisimin DS cevre bilinmesi gerekmektedir Ote yandan Gibbs serbest enerjisi bilinmesi gerekenleri tek bir termodinamik islev altinda toplayan ve kendiliginden gerceklesmenin belirlenmesinde cevrenin entropisindeki degisimin hesaplanmasina gerek duyurmayan bir kavram ortaya koyar Matematiksel olarak Gibbs enerjisi asagidaki gibi ifade edilir G H TS displaystyle G H TS Burada H Entalpi T Kelvin sicakligi S ise entropi degeridir Ayrica bu esitlikte G H ve S sistemin degiskenleridir Her maddenin serbest enerjisi vardir fakat bu deger nadiren bilinebilmektedir Mutlak serbest enerji degerinin yerine fiziksel ve kimyasal sureclerde bu degerin degisim miktari kullanilmaktadir Kimyasal tepkimelerde Gibbs serbest enerjisindeki degisim degerinden yararlanarak tepkimenin urunlere mi yoksa reaktanlara mi egilimli oldugu belirlenebilmektedir Gibbs enerjisindeki degisim DG DH TDS displaystyle Delta G Delta H T Delta S Standart kosullarda Gibbs enerjisindeki degisim DG DH TDS displaystyle Delta G circ Delta H circ T Delta S circ seklinde ifade edilmektedir Kendiliginden gelisme olgusu ve Kimyasal dengeGibbs Maxwell yuzeyleri Willard Gibbs 1873 yilinda soldan birinci ve ikinci grafikleri Gibbs serbest enerjisini tanimlamak icin uretmistir Sagdaki uc boyutlu grafik ise Iskoc fizikci Maxwell tarafindan Gibbs in cizimlari kullanilarak elde edilmistir Toplam entropi degisimi cevre ve sistem in entropisindeki degisimin toplamina esittir ve bu degisim asagidaki gibi ifade edilebilinir DSe DSc DSs displaystyle Delta S e Delta S c Delta S s DSe displaystyle Delta S e DSc displaystyle Delta S c ve DSs displaystyle Delta S s sirasiyla evrendeki cevredeki ve sistemdeki entropi degisimleridir Cevrenin entropisindeki degisim DH s T ifadesine esit olduguna gore eger yukaridaki esitlik yeniden yazilirsa DSe DHsT DSs displaystyle Delta S e frac Delta H s T Delta S s her iki tarafin T ile carpilmasi sonucu TDSe DHs TDSs displaystyle T Delta S e Delta H s T Delta S s elde edilir Dolayisiyla Sistemin serbest Gibbs enerjisindeki degisim evrenin entropisindeki degisime asagidaki ifadedeki gibi orantilidir DGs TDSe displaystyle Delta G s T Delta S e Sistemin Gibbs enerjisindeki degisim evrenin entropisindeki degisime dogru orantili oldugundan dolayi fiziksel veya kimyasal degisimlerin kendiliginden gelismesi hususunda bir olcut olarak kullanilabilinir Standard kosullarda bir tepkimenin kendiliginden gerceklesebilmesinin tahmini DrG Kendiliginden gerceklesmesiDrG lt 0 Reaksiyon kendiliginden gerceklesir standard kosullarda DrG 0 Reaksiyon dengededir standard kosullarda DrG gt 0 Reaksiyon kendiliginden gerceklesmez standard kosullarda Yukaridaki tablo bir kimyasal reaksiyonun kendiliginden gerceklesebilme olgusunun DrG degerinin isaretine gore nasil sekil aldigini ozetlemektedir Bir reaksiyonun DG lt 0 oldugunda o reaksiyon urunler yonunde ilerler reaksiyon denge noktasina ulasincaya kadar Tepkime surdukce DG sifira yaklasir ve denge saglandiginda DG 0 dir Denge noktasi gecildiginde DG gt 0 olur ve reaksiyon artik kendiliginden urunler yonune hareket etmez bunun yerine reaktanlar yonune hareket etme egilimindedir DrG standart kosullarda tepkimenin gibbs enerjisi ise DrG ve DrG arasindaki iliski asagidaki gibidir DrG DrG0 RTlnQ displaystyle Delta rG Delta rG 0 RTlnQ Burada R evrensel T kelvin sicakligi ve Q tepkime orantisidir Genel bir kimyasal tepkime denklemi asagidaki gibi ifade edilirse aA bB cC dD displaystyle aA bB leftrightarrow cC dD Q tepkime orantisi Q C c D d A a B b displaystyle Q frac C c D d A a B b seklindedir Sistem denge noktasina ulastiginda DrG 0 ve Q K olur Yukaridaki esitlik yeniden yazildiginda 0 DrG0 RTlnK displaystyle 0 Delta rG 0 RTlnK ifadesi elde edilir Bu esitlikten anlasilmasi gereken eger DrG lt 0 ise denge sabiti 1 den buyuktur ve reaksiyon urunlerin miktarini artirmaya egilimlidir Diger taraftan eger DrG gt 0 ise K degeri 1 den kucuktur ve tepkime ters yonde ilerlemeye egilimlidir DrG 0 oldugunda K 1 e esit olur ve tepkime dengeye ulasmistir DrG DrG0 RTlnQ displaystyle Delta rG Delta rG 0 RTlnQ ifadesindeki DrG eger RTlnK ile yer degistirilirse DrG RTlnK RTlnQ displaystyle Delta rG RTlnK RTlnQ ifadesi ortaya cikar Bu ifade de tekrar yazildiginda DrGRT lnK lnQ displaystyle frac Delta rG RT lnK lnQ elde edilir Dolayisiyla bir reaksiyonun kendiliginden gerceklesmesi icin DrG sifirdan kucuk olmalidir diger bir ifadeyle Q lt K olmalidir Diger taraftan tepkimenin reaktanlar yonune egilimli olabilmesi icin DrG sifirdan buyuk olmalidir bu da Q gt K olmasini gerektirir KaynakcaTownsend John C Kotz Paul M Treichel John R Chemistry amp chemical reactivity 8th ed bas Belmont CA Brooks Cole Cengage Learning ISBN 0 8400 48289 et 2010 al Ralph H Petrucci General chemistry principles and modern applications 10th ed bas Toronto Pearson Prentice Hall ISBN 978 0 13 206452 1 Notlar Gibbs free energy oxforddictionaries Erisim tarihi 27 Kasim 2012 olu kirik baglanti gibbs free energy 7 Eylul 2015 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 24 Kasim 2012