Free Energy   자유 에너지

(2023-06-11)

Gibbs, 깁스 자유 에너지, 깁스 에너지


1. Gibbs 자유 에너지화학반응이 스스로 일어날 수 있는 자발적 경향성을 나타냄
     - 화학반응의 자발성을 예측하는 데 쓰이는 열역학적 함수
        . 즉, 주위와는 별개로,  내부의 변화 만으로, 자발성을 설명하기 위함

  ※ Josiah Willard Gibbs (1839~1903) : 미국의 이론 물리 학자, 화학자
     - 화학반응자발적 과정인가 아닌가를 예측하기 위한 상태 함수로써 G를 제안


2. 자유 에너지의 정의 및 의의

  ㅇ 자유 에너지 G의 정의  :  G = H - T·S
     - 자유 에너지(G)를, 엔탈피(H),온도(T),엔트로피(S)와 결합시켜 정의 함

  ㅇ 자유 에너지 G의 변화량  :  등온 과정의 경우
     - ΔG = ΔH - TΔS   
        . ΔG : 자유 에너지 변화량 
        . T   : 절대온도 (여기서는, 일정/등온 가정)
        . ΔH : 엔탈피 (필요한 에너지량으로써의 반응열 : 발열, 흡열)
        . ΔS : 엔트로피 (무질서의 척도)

     - 한편, 표준 생성 에너지에 의해 다르게 표현하면  ☞ 위키백과 (깁스 자유 에너지) 
        . ΔG = ΔG0 + RT ln Q

  ㅇ 자유 에너지 G의 의의  :  열역학적인 상태 함수 (G)
     - 화학과정(특정 온도,압력 하)의 자발적 변화 방향을 결정하는 열역학적인 상태 함수
     - 특히, 자발성의 온도 의존성을 다루는데 유용


3. 자유 에너지의 차이, 부호, 방향성화학반응에 따른 자유에너지의 변화는,
     - 생성물질의 자유에너지 총합과 반응물질의 자유에너지 총합 간의 차이
        .  ΔG = G생성물 - G반응물

  ㅇ 자유 에너지 변화량(ΔG)의 부호
     -  (-) : 자발적 과정       (ΔG < 0)
     -  (0) : 열역학적 평형상태 (ΔG = 0)
     -  (+) : 비 자발적 과정    (ΔG > 0)

  ㅇ 통상,
     - 열역학적 계의 변화의 방향성은,
        . 자유 에너지가 감소(-)하는 방향으로 진행됨 

  ㅇ 만일,
     - 자유 에너지가 극소로 될 때, 열 평형 상태가 실현됨
        . 이때의 자유 에너지는 변화가 없는 상태임
        . 例) 결정 : 자유 에너지가 매우 작은 열평형 상태

화학반응
   1. 화학 반응   2. 화학반응 용어   3. 발열/흡열 반응   4. 자발적 과정   5. 자유 에너지   6. 결합 엔탈피  
열열학적 계
   1. 열역학 계   2. 자유 에너지  


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