Serbest enerji ve kendiliğindenlik: çalışma rehberi

Temel fikirler

Serbest enerji, entalpi ile entropiyi kendiliğindenlik için tek bir ölçütte birleştirir. ΔG negatifse süreç o sıcaklıkta kendiliğinden yürür ve ΔG° doğrudan denge sabitine bağlıdır.

• ΔG = ΔH − TΔS’dir; T kelvin cinsindendir. ΔG < 0 kendiliğinden, ΔG > 0 kendiliğinden olmayan, ΔG = 0 denge demektir.
• Dört işaret birleşimi: ΔH < 0 ve ΔS > 0 her zaman kendiliğinden, ΔH > 0 ve ΔS < 0 hiçbir zaman kendiliğinden değil; diğer ikisi sıcaklığa bağlıdır.
• İşaretin değiştiği yerde T = ΔH ÷ ΔS’dir. Birimlerin uyması için ΔH’yi joule, ya da ΔS’yi kJ olarak tutun.
• ΔG° = −RT ln K olduğundan negatif ΔG°, K > 1 ve dengede ürünlerin tercih edildiği anlamına gelir.

Temel denklemler

• ΔG = ΔH − TΔS
• ΔG° = −RT ln K
• ΔS_surr = −ΔH ÷ T
• ΔS_total = ΔS_sys + ΔS_surr
• T_switch = ΔH ÷ ΔS

Çözümlü örnek

Bir süreçte ΔH = +40 kJ/mol ve ΔS = +100 J/(mol·K)’dir. 298 K’de ΔG = 40 000 − 298 × 100 = +10 200 J/mol olur; yani kendiliğinden değildir. T = 40 000 ÷ 100 = 400 K’nin üzerinde kendiliğinden olur. 298 K’de ΔG° = −10,0 kJ/mol olan bir tepkime için ln K = 10 000 ÷ (8,314 × 298) = 4,04, yani K ≈ 57’dir.

Sık yapılan hatalar

• Aynı formülde ΔH için kJ, ΔS için J kullanarak birimleri karıştırmak.
• T için kelvin yerine °C kullanmak.
• ΔG° < 0’ı tepkimenin hızlı olduğu şeklinde okumak. Serbest enerji hız hakkında bir şey söylemez.

Alıştırma

Bu konudaki alıştırma sorularıyla kendinizi sınayın: Serbest enerji ve kendiliğindenlik