깁스 자유 에너지

열역학
고전적인 카르노 히트 엔진
나뭇가지 고전적인 통계 화학의 양자 열역학 평형/비평형
법률 제로스 첫번째 둘째 셋째
시스템들 폐쇄형 시스템 오픈 시스템 격리 시스템 주 상태 방정식 이상 기체 실가스 상황 위상(매터) 평형 볼륨 제어 인스트루먼트 과정 이소바릭 아이소코리 등온 단열성 등엔트로픽 이센탈픽 준정전성 폴리트로픽 자유 확장 가역성 불가역성 내복원성 사이클 히트 엔진 히트 펌프 열효율
시스템 속성 주의: 이탤릭체로 표시된 켤레 변수 속성도 집약적이고 광범위한 속성 프로세스 기능 일하다. 열 국가 기능 온도/엔트로피(개요) 압력/볼륨 화학 퍼텐셜/입자수 증기 품질 속성 감소
재료 특성 속성 데이터베이스 비열 용량 ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ $\displaystyle \partial S\$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle\partial T}$ 압축성 $\displaystyle \displays =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle\partial V}$ ${\displaystyle V}$ $(\displaystyle\displayp)$ 열팽창 $\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle\partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle\partial T}$
방정식 카르노의 정리 클라우시우스 정리 기본 관계 이상기체의 법칙 맥스웰 관계 온사저 호혜 관계 브리지만 방정식 열역학 방정식 표
가능성 자유 에너지 자유 엔트로피 내부 에너지 ${\displaystyle U(S,V)}$ 엔탈피 ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ 헬름홀츠 자유 에너지 ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ 깁스 자유 에너지 ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
역사 문화 역사 일반 엔트로피 가스 법칙 "영구 운동" 기계 철학 엔트로피와 시간 엔트로피와 생명 브라운 래칫 맥스웰의 악마 열사 역설 로슈미트의 역설 시너제틱스 이론들 열량론 Vis viva ('생체력') 열의 기계적 등가 동력 주요 출판물 실험적인 질문 ~에 대해서열 균형에 대하여 이종 물질 의 리플렉션 불의 원동력 타임라인 열역학 히트 엔진 예체능 교육 맥스웰의 열역학 표면 에너지 분산으로서의 엔트로피
과학자 베르누이 볼츠만 브리지만 카라테오도리 카르노 클라피론 클라우시우스 돈더 듀헴 깁스 폰 헬름홀츠 줄 루이스 마시외 맥스웰 폰 메이어 네른스트 온사게 플랑크 랭킨 스미톤 스틸 태트 톰슨 톰슨 판 데르 발스 워터스톤
다른. 핵생성 자가 조립 자기 조직화 질서와 무질서
카테고리
v t

열역학에서 깁스 자유 에너지(또는 깁스 에너지, $기호{\displaystyle }$G(\$displaystyle$G$))$는 열역학적으로 닫힌 시스템이 일정한 온도와 압력에서 수행할 수 있는 최대 작업량을 계산하는 데 사용할 수 있는 열역학 퍼텐셜입니다.또한 이러한 조건에서 발생할 수 있는 화학 반응과 같은 프로세스에 필요한 조건을 제공합니다.

Gibbs 자유 에너지 변화(${\displaystyle \delta }$ G ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle tH}$ - T ${\displaystyle \delta }$S \ $displaystyle$\ $Delta$ G = \ $Delta H-T$\$Delta$ S$$）는 SI의 줄 단위로 측정되며, 닫힌 시스템에서 추출할 수 있는 비금속 작업(주변 물질과 열 교환할 수 없음)의 최대 양이다.이 최대값은 완전히 되돌릴 수 있는 프로세스에서만 달성할 수 있습니다.시스템이 이러한 조건에서 초기 상태에서 최종 상태로 가역적으로 변환될 때, 깁스 자유 에너지의 감소는 시스템이 주변 환경에 수행한 작업에서 압력력의 ^[1]작업을 뺀 것과 같습니다.

깁스 에너지는 시스템이 인가된 전해전압에 의해 구동되지 않을 때 일정한 압력과 온도에서 화학적 평형에 도달했을 때 최소화되는 열역학 퍼텐셜입니다.계의 반응 좌표에 대한 도함수는 평형점에서 사라진다.따라서 이러한 조건에서 반응이 자연발생하기 위해서는 G$(style$ G$)$의 감소가 필요하다.

원래 가용 에너지라고 불렸던 깁스 자유 에너지의 개념은 1870년대에 미국인 과학자 조시아 윌러드 깁스에 의해 개발되었다.1873년에 깁스는 이 "이용 가능한 에너지"를^{[2]: 400} 다음과 같이 묘사했다.

프로세스 종료 시 등을 제외하고 총 부피를 늘리거나 외부 물체와 열을 통과시키지 않고 주어진 초기 상태에서 주어진 양의 물질로부터 얻을 수 있는 가장 큰 기계적 작업량.

깁스에 따르면 신체의 초기 상태는 "신체가 가역적인 과정을 통해 소멸된 에너지 상태로 전환될 수 있다"고 한다.다상 화학 시스템의 그래픽 분석인 그의 1876년 매그넘 오퍼스 온 이질적인 물질의 평형에서, 그는 무화학 에너지에 대한 그의 생각을 완전히 반영했다.

모든 반응물과 생성물이 열역학적 표준 상태일 경우 정의식은 ${\displaystyle {}^{}}$ G${\displaystyle {}^{}}$δ $=$ ${\displaystyle {}^{}}$ H${\displaystyle {}^{}}$δ - ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle {}^{}}$ S$δ$ \ $displaystyle$ \ $Delta G^{\$circ }$=\backslash$$Delta$ H$^{\circ$}-$T\Delta$ S }로 $표기된다.$$isplaystyle$ S$}$는 엔트로피입니다.

개요

열역학 제2법칙에 따르면, 비압력 체적(PV) 작업의 입력 없이 일정한 온도와 압력에서 반응하는 시스템의 경우, 깁스 자유 에너지를 최소화하는 일반적인 자연적 경향이 있습니다.

이러한 조건에서 주어진 반응의 호감도에 대한 정량적 척도는 반응에 의해 야기되는(또는 발생할) 깁스 자유 에너지의 변화 δG(때로는 "델타 G" 또는 "dG"로 표기됨)이다.일정한 온도와 압력에서 반응이 일어나기 위해 필요한 조건으로서 δG는 종종 0과 같은 비압력 부피(예: 전기) 작업보다 작아야 한다(그렇다면 δG는 음이 되어야 한다).δG는 가역 공정의 경우 화학 반응의 결과로 수행될 수 있는 비 PV 작업의 최대 양이다.분석 결과 반응에서 양의 δG가 나타나면 전기 또는 기타 비 PV 작업 형태의 에너지가 반응 시스템에 추가되어야 δG가 비 PV 작업보다 작아지고 반응이 일어날 ^{[3]: 298–299} 수 있습니다.

δG는 일정한 온도와 압력에서 비 PV 작업을 수행하는 데 사용할 수 있는 "자유" 또는 "유용한" 에너지의 양이라고 생각할 수 있습니다.이 방정식은 또한 주변(우주 나머지 지역)과 함께 시스템의 관점에서 볼 수 있다.첫째, 일정한 온도와 압력에서 발생하는 반응만이 유일한 반응이라고 가정합니다.그러면 시스템에 의해 방출되거나 흡수되는 엔트로피는 각각 환경이 흡수하거나 방출해야 하는 엔트로피와 같습니다.이 반응은 우주의 전체 엔트로피 변화가 0이거나 양수일 때만 허용된다.이것은 음의 δG에 반영되며, 이 반응을 발기 과정이라고 한다.

두 개의 화학 반응이 결합되면 그렇지 않으면 (한 개는 양의 δG를 갖는) 엔더고닉 반응이 일어날 수 있다.시클로헥센에 대한 시클로헥산올의 제거와 같은 본질적으로 엔도르곤 반응으로의 열의 입력은 우주의 총 엔트로피 변화가 0보다 크거나 같도록 바람직한 반응(석탄 또는 기타 열의 공급)에 비호감 반응(제거)을 결합하는 것으로 볼 수 있다.결합된 반응의 자유 에너지 변화 - 음.

전통적인 용법에서 "공짜"라는 용어는 "유용한 작업의 형태로 이용 가능"^[1]을 의미하는 "집스 자유 에너지"에 포함되었다.비압력 ^[4]부피 작업에 사용할 수 있는 에너지라는 조건을 더하면 그 특성은 더욱 정밀해진다(유사하지만 약간 다른 의미인 "자유"는 일정한 온도의 시스템에 대해 헬름홀츠 자유 에너지와 함께 적용된다).그러나 G를 단순히 "Gibbs energy"라고 지칭하는 첨부 파일 "free"를 포함하지 않는 책과 저널 기사가 늘고 있습니다.이는 1988년 IUPAC 회의에서 국제 과학계의 통일된 용어를 설정하기 위해 '자유'라는 형용사를 삭제할 것을 ^[5][6][7]권고받은 결과다.그러나 이 표준은 아직 보편적으로 채택되지 않았다.

"^[6]free enthalpy"라는 이름도 과거에 G를 위해 사용되었습니다.

역사

"자유 에너지"라고 불리는 양은 화학 반응을 일으키는 힘을 설명하기 위해 화학자들에 의해 초기 몇 년간의 물리 화학에 의해 사용되었던 오래된 용어 친화력을 더 발전되고 정확하게 대체한 것입니다.

1873년, Josiah Willard Gibbs는 물체나 시스템이 접촉할 때 나타나는 다양한 자연 과정의 경향을 예측하거나 추정할 수 있는 그의 새로운 방정식의 원리를 스케치한 "표면 수단에 의한 물질의 열역학 속성의 기하학적 표현 방법"을 출판했습니다.접촉하는 균질 물질들, 즉 부분 고체, 부분 액체, 부분 증기로 구성된 물체의 상호작용을 연구하여, 그리고 3차원 부피 엔트로피 내부 에너지 그래프를 사용하여 깁스는 평형의 세 가지 상태, 즉 "필요적으로 안정적", "중립적", "불안정적" 그리고 "변화 여부를 결정할 수 있었다.더 나아가 깁스는 다음과 같이 말했다.^[2]

일정한 압력 p와 온도 T의 매체로 둘러싸였을 때 물질에 대한 열역학 평형의 필요충분 조건을 하나의 방정식으로 표현하고 싶다면, 다음과 같은 방정식을 쓸 수 있다.

( ( - - T ν + p ) )=

θ가 신체 부위 상태 변화에 의해 발생하는 변화를 의미할 때, 그리고 (신체의 다른 부위가 다른 상태에 있을 때) 신체가 다른 상태로 분할되는 비율에서.안정된 평형의 조건은 괄호 안의 식 값이 최소가 되어야 한다는 것이다.

이 설명에서 깁스가 사용한 것처럼 refers는 신체의 내부 에너지, refers는 신체의 엔트로피, is는 신체의 부피...

그 후 1882년 독일 과학자 헤르만 폰 헬름홀츠는 이 친화성을 가역적인 방식으로 반응이 수행될 때 얻을 수 있는 가장 많은 양의 작업으로 특징지었다. 예를 들어, 가역적인 셀에서의 전기 작업이다.따라서 최대 작업은 시스템의 자유 에너지 또는 사용 가능한 에너지의 감소(T = 상수, P = 상수 또는 헬름홀츠 자유 에너지 F = T = 상수, V = 상수)로 간주되며, 방출되는 열은 일반적으로 시스템의 총 에너지 감소(내부 에너지)의 측정값이다.따라서 G 또는 F는 주어진 조건 하에서 작업에 "자유로운" 에너지의 양입니다.

이 시점까지, 일반적인 견해는 "모든 화학 반응은 반응의 친화력이 사라지는 평형 상태로 시스템을 이끈다"였다.이후 60년 동안 친화력이라는 용어는 자유 에너지라는 용어로 대체되었다.화학사학자 헨리 레스터에 따르면, 1923년 길버트 N이 쓴 영향력 있는 교과서 '열역학'과 '화학 물질의 자유 에너지'가 있다. Lewis와 Merle ^{[8]: 206} Randall은 영어권 대부분의 국가에서 "free energy"라는 용어로 "어피니티"라는 용어를 대체하게 되었습니다.

정의들

깁스 자유 에너지는 다음과 같이 정의된다.

그것은 와 같다

여기서:

• U는 내부 에너지(SI 단위: joule),
• p는 압력(SI 단위: 파스칼),
• V는 볼륨(SI 단위: m³),
• T는 온도(SI 단위: 켈빈),
• S는 엔트로피(SI 단위: 줄/켈빈),
• H는 엔탈피(SI 단위: joule)입니다.

에서 다음과 같은 기브스 자유 에너지의"자연 변수"피와 T의 오픈 시스템의 기능, 외적인 힘(예를 들어, 또는 자기 전기)자이,는 양으로 유모를 변경하기 위해 시스템 짓의 외부 매개 변수를 일으키는의 작전에 의거로 무한소 가역 변화에 대한 표현, 파생될 수 있다.월e 가역 프로세스의 제1법칙:

여기서:

• μ는_i i번째 화학성분의 화학적 잠재력이다.(SI 단위: 입자당^[9] 줄 또는 몰당^[1] 줄)
• N은_i i번째 화학 성분을 구성하는 입자 수(또는 몰 수)입니다.

이것은 깁스 기본 ^[10]방정식의 한 형태이다.극소 표현에서 화학 퍼텐셜을 포함하는 용어는 입자의 유입 또는 유출로 인해 발생하는 깁스 자유 에너지의 변화를 설명한다.즉, N이_i 변화하고 있는 열린 시스템 또는 닫힌 화학 반응 시스템을 유지합니다.폐쇄형 비반응 시스템의 경우 이 용어는 폐기될 수 있습니다.

고려 중인 특정 시스템에 따라 임의의 수의 추가 용어를 추가할 수 있습니다.기계적인 작업 외에도 시스템은 수많은 다른 유형의 작업을 수행할 수 있습니다.예를 들어, 극소식에서는 힘 f에서 -dl만큼 수축하는 수축성 섬유인 열역학계와 관련된 수축성 작업 에너지가 f dl항이 부가된다.전위 δ에서 시스템에 의해 전하 -de의 양이 획득되면, 이와 관련된 전기적 작업은 -de가 되며, 이는 극소식에 포함된다.기타 ^[11]작업 조건은 시스템 요건에 따라 에 추가됩니다.

위의 방정식의 각 양은 몰로 측정되는 물질의 양으로 나누어져서 몰 깁스 자유 에너지를 형성할 수 있습니다.깁스 자유 에너지는 시스템의 특성화를 위한 가장 중요한 열역학 함수 중 하나입니다.이는 전기화학전지의 전압과 가역반응의 평형상수와 같은 결과를 결정하는 요인이다.등온, 등압 시스템에서 깁스 자유 에너지는 열역학적 과정에 관여하는 엔탈픽과^{[clarification needed]} 엔트로픽 구동력의 경쟁적인 효과를 나타내는 대표적인 척도라는 점에서 "동적인" 양이라고 생각할 수 있다.

이상적인 기체에 대한 깁스 에너지의 온도 의존성은 깁스-헬름홀츠 방정식에 의해 주어지고 압력 의존성은 다음과 같이 주어진다^[12].

또는 화학적 잠재력으로서 더 편리하게:

이상적이지 않은 시스템에서는, 도망치는 것이 작용한다.

파생

자연 변수에 대한 깁스 자유 에너지 총차이는 내부 에너지의 Legendre 변환에 의해 도출될 수 있다.

$\displaystyle \mathrm {d} U=T,\mathrm {d} S-p,\mathrm {d} V+\sum _{i}\mu _{i},\mathrm {d} N_{i}.}$

위에서 봤을 때 G의 정의는

${\displaystyle G}$ ${\displaystyle =U}$ + ${\displaystyle p}$ V${\displaystyle }$- ${\displaystyle T}$ S$(\displaystyle$ G$=U+pV-TS$

총 차분을 구하면

$\displaystyle \mathrm {d} G=\mathrm {d} U+p,\mathrm {d} V+V,\mathrm {d} p-T,\mathrm {d} S-S,\mathrm {d} T$

dU를 제1법칙의^[13] 결과로 대체하면

${\displaystyle {d}\mathrm {d} G&=T,\mathrm {d} S-p,\mathrm {d} V+\sum _{i},\mathrm {d} N_{i}+p,\mathrm {d} V+V,\mathrm {d} P-t} S-mathrm {d}\end { aligned}}$

그런 다음 G의 자연 변수는 p, T 및 {N_i}입니다.

동종 시스템

S, V 및_i N은 광범위한 변수이므로 오일러 관계를 사용하면 dU를 ^[13]쉽게 통합할 수 있습니다.

${\displaystyle U=TS-pV+\sum _{i}\mu _{i}N_{i}.}$

G의 자연 변수 중 일부는 집약적이기 때문에, dG는 내부 에너지와 마찬가지로 오일러 관계를 사용하여 통합되지 않을 수 있다.단, 위의 U에 대한 통합 결과를 G의 정의에 대입하는 것만으로 ^[13]G에 대한 표준식을 얻을 수 있다.

${\displaystyle {begin{aligned}G&=U+pV-TS\&=left(TS-pV+\sum_{i}\mu_{i}\right)+pV-TS\&=\sum_{i}\mu_{i}N_{i}.\end { aligned}}$

$이$ 결과는 $물질{\displaystyle }$i의$$화학적 잠재력이 깁스의 자유 에너지라는 것을 보여준다$$.이는 균질하고 거시적인 시스템에 적용되지만 모든 열역학 ^[14]시스템에는 적용되지 않습니다.

깁스 자유 반응 에너지

고려 중인 시스템은 일정한 온도와 압력으로 유지되며 닫혀 있습니다(어떤 물질도 출입할 수 없습니다).시스템의 Gibbs 에너지는 G ${\displaystyle =U}$ + ${\displaystyle pV}$ - ${\displaystyle T}$ $({displaystyle$ G$=U+pV-TS})$이며, 일정한 온도와 압력에서 G의 미세한 변화는 수율을 산출합니다.

${\displaystyle d}$ G ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle d}$ U${\displaystyle }$+ ${\displaystyle p}$ ${\displaystyle d}$ V${\displaystyle }$- ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle d}$ S$$（ \ $displaystyle dG$=$dU$ + pdV - TdS$\}$ ） 。

열역학 제1법칙에 의해 내부 에너지 U의 변화는 다음과 같이 주어진다.

${\displaystyle dU=\delta Q+\delta W}$

여기서 δQ는 열로서 부가되고 δW는 일로서 부가되는 에너지이다.시스템에서 수행된 작업은 wW = -pdV + wW로_x 표시될 수 있습니다. 여기서 -pdV는 시스템에서 또는 시스템에서 수행된 압축/압축/압축의 기계적 작업이며 wW는_x 전기, 자기 등을 포함할 수 있는 다른 모든 형태의 작업입니다.그리고나서

$\displaystyle dU=\delta Q-pdV+\delta W_{x}$

그리고 G의 아주 작은 변화는

${\displaystyle d}$ G ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle \delta }$Q - ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle d}$ ${\displaystyle S}$+ $w$ W$$x \ displaystyle $dG$= \ $delta$ Q - $TdS$ + \ $delta$ W _ { $x$}$$。

열역학 제2법칙은 (열조 내) 일정한 온도에서 닫힌 시스템의 경우 ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle d}$ S ${\displaystyle \ge }$(\$displaystyle$ TdS$\geq \delta$ Q$)$이므로 다음과 같이 됩니다.

$\displaystyle dG\leq \delta W_{x}$

기계적인 작업만 이루어진다고 가정하면, 이는 다음과 같이 단순해집니다.

${\displaystyle dG\leq 0}$

이는 이러한 시스템이 평형 상태에 있지 않을 때 깁스 에너지는 항상 감소하며 평형 상태에 있을 때 미세한 변화 dG는 0이 된다는 것을 의미한다.특히, 이는 시스템이 평형 상태로 가는 과정에서 내부 화학 반응을 얼마든지 경험하는 경우에 해당됩니다.

전기화학적 열역학에서

$E$를 생성하는 전기화학 셀의 전극 사이에 전하 dQ가_ele 전달되면({$displaystyle\mathcal${E$\})$ Gibbs 에너지 변화에 대한 식에 전기 작업 조건이 표시됩니다.

여기서 S는 엔트로피, V는 시스템 부피, p는 압력, T는 절대 온도입니다.

조합($\$ Q_ele)은 켤레 변수의 예입니다.일정한 압력에서 위의 방정식은 전하가 등온 및 등압으로 전달될 때 온도 T(측정 가능한 양)와 개방 셀 전압의 변화와 엔트로피 S의 변화를 연결하는 맥스웰 관계를 생성합니다.후자는 배터리의 힘을 빌려주는 전기화학적 반응의 반응 엔트로피와 밀접하게 관련되어 있습니다.이 Maxwell 관계는 다음과 같습니다.^{[15][citation needed]}

$\displaystyle \left({\frac {\mathcal {E}}{\partial T}}\오른쪽)_{Q_{ele},p}=-\left({\frac {\partial Q_{ele}}\오른쪽)_{T,p})$

이온 몰이 용액에 들어가면(예를 들어 아래에서 논의한 다니엘 셀의 경우), 외부 회로를 통한 전하가 다음과 같습니다.

$\displaystyle \Delta Q_{ele}=-n_{0}F_{0},}$

여기서₀ n은 전자/이온의 수이고₀ F는 패러데이 상수이며 마이너스 부호는 셀의 방전을 나타냅니다.일정한 압력과 부피를 가정할 때, 셀의 열역학적 특성은 emf의 거동에 의해 엄격하게 관련되어 있습니다.

$\displaystyle \Delta H=-n_{0}F_{0}\left({\mathcal {E}}-T{\frac {d{\mathcal {E}}){dT}}\right)}}$

여기서 δH는 반응의 엔탈피이다.오른쪽의 수량은 모두 직접 측정할 수 있습니다.

네른스트 방정식을 도출하는 데 유용한 항등식

이 섹션은 독자들에게 혼란스럽거나 불분명할 수 있습니다.특히 물리적 상황은 설명되지 않습니다.또, 원 표기법도 잘 설명되고 있지 않다(한 경우라도).그냥 방정식일 뿐이야. 섹션을 명확하게 하는 데 도움을 주세요. 토크 페이지에서 이 내용에 대한 논의가 있을 수 있습니다. (2015년 3월) (이 템플릿메시지 삭제 방법 및 삭제 시기 확인)

일정한 온도와 압력에서 가역 전기화학적 반응을 하는 동안 깁스 자유 에너지를 포함하는 다음 방정식이 유지됩니다.

• ${\displaystyle {}_{}{\mathrm{}}_{}}$ r G${\displaystyle }$= ${\displaystyle {}_{}{}^{}}$ r G${\displaystyle {}^{}\delta }$ + ${\displaystyle RT}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\delta }_{}}$Q r $r$\ $display$ style \$Delta$ _ { \$text${$$r$$}$G$= \ $Delta _${ \ $circ }$ + $RT$ \ $ln Q$ _ { \ $text${ r $$} （ 화학적 평형 참조)
• ${\displaystyle {}_{}\delta }$ r G${\displaystyle {}^{}}$ - ${\displaystyle RT}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ⁡$$ $eq$\ $displaystyle$ \$Delta _{\text{r}}G$^{\circ$}=-RT\ln K_{\text{$eq}}($$화학 평형 상태의 시스템의 경우),
• ${\displaystyle {}_{}}$ r ${\displaystyle {}_{}}$=${\displaystyle {}_{}w}$ ${\displaystyle {\text{elec}}_{}\mathrm{rev}}$= - ${\displaystyle n\mathcal{}}$F E${\displaystyle$ \$Delta _{\text{elec,$rev$}}}$G$$=$w_{\text{$elec,rev}}} =-$nF{\mathcal${E}}}}$$ (상온도와 압력에서의 가역 전기화학 공정의 경우)
• ${\displaystyle {}_{}\delta }$ r G${\displaystyle {}^{}}$ = - ${\displaystyle {\mathcal{}}^{}}$ $F${\ { $displaystyle$ \ $Delta _$ { \$text$ { r$$}$$G^{ \ circ } = - $nF${ \$mathcal$ { E } }^{ \ $circ$$$}$$ （ \$displaystyle$ \ $mathcal$ { E } ） ） 。

재배열로 인해

평형 상수에 대한 반응에서 발생하는 세포 전위와 해당 반응에 대한 반응 비율(네른스트 방정식)을 관련짓는다.

어디에

• δG_r, Gibbs의 반응 몰당 자유 에너지 변화
• δG_r°, 표준 조건에서의 혼합되지 않은 반응물 및 생성물에 대한 반응 몰당 깁스 자유 에너지 변화(즉, 각 반응물 및 생성물의 298 K, 100 kPa, 1 M),
• R, 가스 상수
• T, 절대 온도
• ln, 자연 로그,
• Q_r, 반응 지수(단위 없음),
• K_eq, 평형 상수(단위 없음),
• w_elec,rev, 가역 프로세스에서의 전기 작업(부호 규칙),
• n, 반응에서 전달된 전자의 몰 수
• F = Ne_A 96 96485 C/mol, 패러데이 상수(전자 몰당 전하),
• ${\displaystyle }$세포전위$, 세포전위$
• $(\$ $\}),$ 표준 셀 전위.

그리고 또 저희가

깁스 자유 에너지와 평형 상수를 관련짓는 거죠이것은 평형상태에서

그리고.

표준 깁스 에너지 생성 변화

선택된^[16] 물질의 표

물질. (상태)	µGf°
	(kJ/mol)	(kcal/cal)
아니요(g)	87.6	20.9
아니요2(g)	51.3	12.3
아니요2(g)	103.7	24.78
H2O(g)	−228.6	−54.64
H2O(l)	−237.1	−56.67
CO2(g)	−394.4	−94.26
CO(g)	−137.2	−32.79
CH4(g)	−50.5	- 12.1
C2H6(g)	−32.0	−7.65
C3H8(g)	−23.4	−5.59
C6H6(g)	129.7	29.76
C6H6(l)	124.5	31.00

화합물 형성의 표준 깁스 자유 에너지는 구성 요소에서 해당 물질의 1몰 형성에 수반되는 깁스 자유 에너지의 표준 상태(25°C 및 100kPa에서 원소의 가장 안정적인 형태)에서 변화이다.기호는 isG_f˚입니다.

표준 상태의 모든 원소(이원자 산소 가스, 흑연 등)는 변화가 없기 때문에 0과 같은 표준 Gibbs 자유 에너지 변화를 가진다.

δG_f = δG_f + RT_f ln Q,

여기서_f Q는 반응 지수입니다.

평형상태에서, δG_f = 0_f, Q = K이다. 따라서 방정식은 다음과 같다.

δG_f = -RT ln K,

여기서 K는 표준상태의 원소로부터 물질의 형성반응의 평형상수이다.

Gibbs에 의한 해석

깁스의 자유 에너지는 원래 그래픽으로 정의되었다.1873년, 미국의 과학자 윌러드 깁스는 그의 첫 번째 열역학 논문인 "유체의 열역학에서의 그래픽 방법"을 발표했는데, 깁스는 이 논문에서 엔트로피와 부피의 두 좌표를 사용하여 신체 상태를 표현했다.깁스는 그해 말 발간된 두 번째 후속 논문인 "표면에 의한 물질의 열역학 특성 기하학적 표현 방법"에서 세 개의 그림에 정의된 신체 에너지의 세 번째 좌표에 덧붙였다.1874년, 스코틀랜드의 물리학자 제임스 클럭 맥스웰은 깁스의 형상을 이용하여 가상의 물 같은 ^[17]물질의 3D 에너지 엔트로피 부피 열역학 표면을 만들었습니다.따라서 깁스 자유 에너지의 개념을 이해하기 위해서는 깁스가 그림 3의 섹션 AB로 해석하고 맥스웰이 3D 표면 그림에서 섹션 AB로 해석하는 것을 이해할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 바이오 에너지
• 캘패드(PAse 다이어그램의 CALCulation)
• 임계점(열역학)
• 전자 당량
• 엔탈피 엔트로피 보상
• 자유 엔트로피
• 깁스-헬름홀츠 방정식
• 대잠재력
• 비랜덤 2액 모델(NRTL 모델) – 초과 및 혼합 계산 및 활성 계수 Gibbs 에너지
• 스피노달 – 스피노달 곡선(헤시안 매트릭스)
• 표준 몰 엔트로피
• 열역학적 자유 에너지
• UNIQUAC 모델 – 초과 및 혼합 계산 및 활성 계수의 깁스 에너지

주 및 참고 자료

외부 링크

• IUPAC 정의(Gibbs 에너지)
• 깁스 자유 에너지 계산기
• 깁스 에너지 – 플로리다 주립 대학교
• Gibbs Free Energy – Eric Weissteins World of Physical
• 엔트로피와 깁스의 자유 에너지– www.2ndlaw.oxy.edu
• Gibbs Free Energy – 조지아 주립 대학교
• Gibbs Free Energy Java 애플릿– 캘리포니아 대학교 버클리
• Gibbs Free Energy를 사용하여 화학 물질 노화 예측
• 깁스 에너지 함수의 위상 분석(액체-액체 평형 상관 데이터). 표면/타이선/헤시안 매트릭스 분석을 위한 Thermodinamic 검토 및 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 포함 – 알리칸테 대학(Reyes-Labarta et al. 2015-18)