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Muito provavelmente, as primeiras reações químicas que você estudou na escola se moveram em uma direção; por exemplo, vinagre derramado em bicarbonato de sódio para formar um "vulcão". Na realidade, a maioria das reações deve ser ilustrada com uma seta apontando em cada direção, o que significa que a reação pode ocorrer nos dois sentidos. Determinar a energia livre de Gibbs de um sistema oferece uma maneira de determinar se uma flecha é muito maior que a outra; ou seja, a reação quase sempre segue em uma direção ou ambas têm o mesmo tamanho? Neste último caso, a reação tem a mesma probabilidade de seguir um caminho que o outro. Os três fatores críticos no cálculo da energia livre de Gibbs são entalpia, entropia e temperatura.
Entalpia
Entalpia é uma medida de quanta energia está contida em um sistema. Um componente primário da entalpia é a energia interna, ou a energia do movimento aleatório das moléculas. A entalpia não é a energia potencial das ligações moleculares nem a energia cinética de um sistema em movimento. As moléculas em um sólido se movem muito menos do que as de um gás, portanto o sólido tem menos entalpia. Os outros fatores no cálculo da entalpia são a pressão e o volume do sistema, que são mais importantes em um sistema de gás. A entalpia é alterada quando você trabalha em um sistema ou se adiciona ou subtrai calor e / ou matéria.
Entropia
Você pode pensar em entropia como uma medida da energia térmica de um sistema ou como uma medida da desordem do sistema. Para ver como os dois estão relacionados, pense em um copo de água que congela. Quando você retira a energia térmica da água, as moléculas que se moviam livremente e aleatoriamente ficam presas em um cristal de gelo sólido e muito ordenado. Nesse caso, a mudança na entropia para o sistema foi negativa; tornou-se menos desordenado. No nível do universo, a entropia está sempre aumentando.
Relação com a temperatura
Entalpia e entropia são influenciadas pela temperatura. Se você adicionar calor ao sistema, aumentará a entropia e a entalpia. A temperatura também é incluída como um fator independente no cálculo da energia livre de Gibbs. Você calcula a alteração na energia livre de Gibbs multiplicando a temperatura pela alteração na entropia e subtraindo o produto da alteração na entalpia do sistema. A partir disso, você pode ver que a temperatura pode alterar drasticamente a energia livre de Gibbs.
Relevância nas reações químicas
Ser capaz de calcular a energia livre de Gibbs é importante porque você pode usá-la para determinar a probabilidade de ocorrência de uma reação. Entalpia negativa e entropia positiva favorecem uma reação daqui para frente. Entalpia positiva e entropia negativa não favorecem uma reação no futuro; essas reações vão na direção inversa, independentemente da temperatura. Quando um fator favorece a reação e o outro não, a temperatura determina em qual direção a reação irá. Se a mudança na energia livre de Gibbs for negativa, a reação continuará; se for positivo, irá ao contrário. Quando é zero, a reação está em equilíbrio.