Med hjälp av entalpin vet vi om reaktionen friger eller förbrukar energi, men kan inte säga något om reaktionen i praktiken sker eller inte. För att kunna förutspå om reaktionen över huvudtaget sker behövs Gibbs fria energi. För att kunna räkna ut Gibbs fria energi behöver vi veta entalpin, temperaturen samt entropin för systemet.
Vi repeterar tidigare centrala begrepp:
Entalpi (H) beskriver den inre energin i ett ämne. Entalpin består av bindningarnas energi, partiklarnas rörelseenergi och partiklarnas arbete.
Entalpiförändringen (ΔH) definieras som skillnaden i entalpi mellan produkter och utgångsämnen. ΔH kan få både negativa och positiva värden beroende på reaktion:
ΔH = H(produkter) – H(utgångsämnen)
Om ΔH < 0 är reaktionen exoterm. Energi frigörs under reaktionen.
Om ΔH > 0 är reaktionen endoterm. Energi binds under reaktionen.
Entropi (S) beskriver systemets grad av oordning. Om oordningen ökar kommer också entropin att öka och om oordningen minskar, dvs. systemet är mer ordnat, minskar entropin. Entropiförändringen ΔS beskriver just denna omorganisering:
ΔS > 0 => oordningen ökar
ΔS < 0 => oordningen minskar.
Tänk dig omvandling mellan olika aggregationstillstånd. I fast form har ämnet en kristallstruktur och en väldigt bra ordning. Då de smälter öppnas en del bindningar och ordningen minskar. Det blir större oordning och entropin ökar. Då flytande ämne förångas brister resten av bindningarna mellan partiklarna och oordningen blir ännu större.
Om det då ur fast utgångsämne bildas gaser har entropin ökat under reaktionen (entropiförändring, ΔS > 0). Om antalet gasmolekyler minskar när reaktionen sker, minskar entropin (entropiförändring ΔS < 0).
Gibbs fria energi (ΔG) används för att undersöka om reaktionen är spontan eller ej. Gibbs energi kan uttryckas med hjälp av entalpin, entropin och temperaturen:
ΔG = ΔH - TΔS
Om vi alltså vet ΔH och kan tänka ut ΔS så kan vi avgöra om ΔG är positivt eller negativt. Då reaktionen sker spontant finns ett överskott av Gibbs fria energi, dvs ΔG > 0.
Om ΔG > 0 sker reaktionen spontant (av sig själv)
Om ΔG < 0 krävs ett konstant flöde av tilläggsenergi för att reaktionen skall ske.
Du kan se Magnus Ehingers videoförklaring kring entropi och Gibbs fria energi på youtube: Entropi, Gibbs fria energi.