1. Gibbs 자유 에너지
ㅇ 화학반응의 (스스로 일어나는) 자발적 경향성을 예측하는 데 쓰이는 열역학적 함수
- 즉, 주위와는 별개로, 계 내부의 변화 만으로, 자발성을 설명하기 위함
※ Josiah Willard Gibbs (1839~1903) : 미국의 이론 물리 학자, 화학자
- 화학반응이 자발적 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
- 열역학적 상태량의 함수 표현인 상태 함수 (G) 로써,
- 화학과정(특정 온도,압력 하)의 자발적 변화 방향을 결정
. 특히, 자발성의 온도 의존성을 다루는데 유용
3. 자유 에너지의 차이, 부호, 방향성
ㅇ 화학반응에 따른 자유에너지의 변화는,
- 생성물질의 자유에너지 총합과 반응물질의 자유에너지 총합 간의 차이
. ΔG = G생성물 - G반응물
ㅇ 자유 에너지 변화량(ΔG)의 부호
- (+) : 비 자발적 과정 (ΔG > 0)
- (0) : 열역학적 평형상태 (ΔG = 0)
- (-) : 자발적 과정 (ΔG < 0)
※ 통상,
- 열역학적 계의 변화의 방향성은,
. 자유 에너지가 감소(-)하는 방향으로 진행됨
※ 만일,
- 자유 에너지가 극소로 될 때, 열 평형 상태가 실현됨
. 이때의 자유 에너지는 변화가 없는 상태임
. 例) 결정 : 자유 에너지가 매우 작은 열평형 상태