Izvorni kod stranice Gibsova slobodna energija

{{Termodinamika-lat}}
U [[Termodinamika|termodinamici]], '''Gibsova slobodna energija''' ([[Međunarodna unija za čistu i primenjenu hemiju|IUPAC]] preporučeno ime: '''Gibsova energija''' ili '''Gibsova funkcija'''; takođe poznata kao '''slobodna entalpija'''<ref>{{Cite book | last1=Greiner | first1=Walter | last2=Neise | first2=Ludwig | last3=Stöcker | first3=Horst | title=Thermodynamics and statistical mechanics
 | publisher=Springer-Verlag | year=1995 | page=101 }}</ref> da bi se razlikovala od [[Helmholcova slobodna energija|Helmholcove slobodne energije]]) [[termodinamički potencijal|termodinamički]] je potencijal koji predstavlja meru „korisnosti“ ili procesom inicirani [[Rad (termodinamika)|rad]] koji se može dobiti iz [[termodinamički sistem|termodinamičkog sistema]] na konstantnoj temperaturi i pritisku ([[Izotermski proces|izotermski]], [[Izobarski proces|izobarni]] proces). Poput [[mehanika|mehanike]], gde se [[potencijalna energija]] definiše kao kapacitet vršenja rada, različiti potencijali imaju različita značenja. Gibsova slobodna energija je ''maksimalna'' količina neekspanzionog rada koji se može dobiti iz [[zatvoreni sistem|zatvorenog sistema]]; taj maksimum se može ostvariti jedino u kompletno [[reverzibilni proces (termodinamika)|reverzibilnom procesu]]. Kad se sistem menja iz dobro definisanog inicijalnog stanja do dobro definisanog finalnog stanja, Gibsova slobodna energija Δ''G'' je jednaka radu razmenjenom između sistema i njegovog okruženja, minus rad sila [[Pritisak|pritiska]], tokom reverzibilne transformacije sistema iz nekog inicijalnog stanja do nekog finalnog stanja.<ref name="Perrot" >{{Cite book | last = Perrot | first = Pierre | title = A to Z of Thermodynamics | publisher = Oxford University Press | year = 1998 | isbn = 0-19-856552-6}}</ref>

Gibsova energija (koja se označava sa ∆G) je takođe hemijski potencijal koji dostiže minimum kad je sistem u ekvilibrijumu na konstantnom pritisku i temperaturi. Njegov derivat po reakcionoj koordinati sistema izčezava u ravnotetžnoj tački. Stoga je ona podesan kriterijum spontanosti za procese sa konstantnim pritiskom i temperaturom.

Gibsovu slobodnu energiju, koja se originalno nazivala ''dostupnom energijom'', je razvio tokom 1870-tih američki matematičar [[Džosaja Vilard Gibs]]. Gibs je [[1873]]. opisao „dostupnu energiju“ kao
{{quote|najveću količinu mehaničkog rada koja se može dobiti iz date količine pojedine supstance sa datim početnim stanjem, bez povećanja njene totalne [[Zapremina (termodinamika)|zapremine]] ili dozvoljavanja [[toplota|toploti]] da pređe na ili sa spoljašnjih tela, izuzev tako da su na kraju procesi na njihovom početnom stanju.<ref>J.W. Gibbs, “A Method of Geometrical Representation of the Thermodynamic Properties of Substances by Means of Surfaces,” ''Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences'' 2, Dec. 1873, pp. 382-404 (quotation on pp. 400).</ref>}}

== Pregled ==
[[Datoteka:Diamond.jpg|thumb|left|Reakcija C<sub>(s)</sub><sup>dijamant</sup>⇒C<sub>(s)</sub><sup>grafit</sup> ima negativnu promenu Gibsove slobodne energije i stoga je termodinamički povoljna na 25°C i 1 atm. Međutim, iako je povoljna, ona je toliko spora da se ne može uočiti. Termodinamička povoljnost reakcije ne određuje njenu brzinu.]]

Reakcioni sistemi pri [[Normalni uslovi|normalnim uslovima]] generalno teže da dostignu stanje minimalne slodne energije. Usled ove opšte prirodne tendencije negativna promena Gibsove slobodne energije (Δ''G'') je kvantitativna mera povoljnosti potencijalne reakcije. Drugim rečima spontane reakcije oslobađaju energiju. Oslobođena energija je jednaka maksimalnoj količini rada koji se može izvesti kao posledica hemijske reakcije. Nasuprot tome, pozitivna Δ''G'' vrednost ukazuje da je neophodno dodati energiju u obliku rada reakcinom sistemu da bi se odvila reakcija.

Na jednačinu se može gledati sa perspektive sistema, kao i njegovog okruženja (univerzuma). Za potrebe proračuna, podrazumeva se da je data reakcija jedina reakcija koja se odvija u univerzumu. Stoga je entropija koju sistem oslobođa ili apsorbuje, zapravo entropija koju okruženje respektivno mora da apsorbuje ili oslobodi. Reakcija je dozvoljena jedino ako je totalna promena entropije svemira jednaka nuli (stanje [[Toplotna ravnoteža|toplotne ravnoteže]]) ili pozitivna. Na unos toplote u „endotermnu“ hemijsku reakciju (e.g. eliminaciju [[cikloheksanol]]a do [[cikloheksen]]a) se može gledati kao sprezanje nasledno nepovoljne reakcije (eliminacije) sa povoljnom (sagorevanjem uglja ili nekim drugim toplotnim izvorom), tako da je totalna promena entropije svemira veća ili jednaka nuli, te je Gibsova slobodna energija spregnute reakcije negativna.

U tradicionalnoj upotrebi, termin „slobodna“ u kontekstu Gibsove slobodne energije sistema pri konstantnom pritisku i temperaturi označeva energiju koja je „dostupna u obliku korisnog rada“.<ref name="Perrot" /><ref>{{Cite book | last = Reiss | first = Howard | title = Methods of Thermodynamics | publisher = Dover Publications | year = 1965 | isbn = 0-486-69445-3}}</ref> (Taj termini ima slično značenje kod [[Helmholcova slobodna energija|Helmholcove slobodne energije]], za sisteme na konstantnoj zapremini i temperaturi). Međutim, sve veći broj knjiga i članaka u naučnim žurnalima ne sadrži termin „slobodna“, već se G jednostavno kao „Gibsovom energijom“. To je ishod jednog [[Međunarodna unija za čistu i primenjenu hemiju|IUPAC]] sastanka iz 1988. na kome je formulisana preporuka da se koristi jedistvena terminologija u međunarodnoj naučnoj zajednici, bez prideva „slobodan“.<ref>{{cite journal|title=Glossary of Atmospheric Chemistry Terms (Recommendations 1990) |url=http://www.iupac.org/publications/pac/1990/pdf/6211x2167.pdf|journal=Pure and Applied Chemistry |volume=62|pages=2167-2219|year=1990 |last = International Union of Pure and Applied Chemistry, Commission on Atmospheric Chemistry|accessdate = 2006-12-26|doi=10.1351/pac199062112167|first1=J. G.|issue=11}}</ref><ref>{{Cite book |last=International Union of Pure and Applied Chemistry Commission on Physicochemical Symbols Terminology and Units |title=Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (2nd Edition)|publisher=Blackwell Scientific Publications|location=Oxford |year=1993 |url=http://www.iupac.org/publications/books/gbook/green_book_2ed.pdf |isbn=0-632-03583-8|accessdate = 28. 12. 2006.|pages=48}}</ref><ref>{{cite journal|title=Glossary of Terms in Quantities and Units in Clinical Chemistry (IUPAC-IFCC Recommendations 1996) |url=http://www.iupac.org/publications/pac/1996/pdf/6804x0957.pdf|journal = Pure and Applied Chemistry |volume=68 |pages=957-1000|year=1996 |last = International Union of Pure and Applied Chemistry, Commission on Quantities and Units in Clinical Chemistry|coauthors = International Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine, Committee on Quantities and Units|accessdate = 2006-12-28 |doi=10.1351/pac199668040957|first1=H. P.|issue=4}}</ref> Taj standard, međutim, nije univerzalno prihvaćen.

== Grafička interpretacija ==
Gibsova slobodna energija je originalno bila grafički definisana. Američki inžinjer [[Vilard Gibs]] je [[1873]]. objavio svoj prvi termodinamički članak, „Grafički metodi u termodinamici fluida“”, u kojem koristi dve koordinate, entropiju i zapreminu, za predstavljanje stanja tela. U svom sledećem članku, „Method geometrijske reprezentacije termodinamičih svojstava supstanci srednjim vrednostima površina“, objavljenom iste godine, Gibs dodaje treću kordinatu, energiju tela. Škotski fizičar [[Džejms Klerk Maksvel]] je 1874. koristio Gibsove slike da definiše trodimenzionu [[Maksvelova termodinamička površina|termodonamičku površinu]] energija-entropija-zapremina fiktivne supstance slične vodi.<ref>James Clerk Maxwell, Elizabeth Garber, Stephen G. Brush, and C. W. Francis Everitt (1995), ''[http://books.google.com/books?id=hA-oIDR0eXkC&pg=PA248 Maxwell on heat and statistical mechanics: on "avoiding all personal enquiries" of molecules]'', Lehigh University Press, ISBN 093422334, pp. 248.</ref> Da bi se razumeo složen koncept Gibsove slobodne energije neophodno je da se razume njegovo tumačenje originalno definisano sekcijom AB na slici 3, kao i njen Maksvelov prikaz na trodimenzionoj površini. 

[[Datoteka:Gibbs-Maxwell surfaces.png|1000px|center|thumb|Druga i treća [[Vilard Gibs|Gibsova]] slika iz 1873. (gore levo i u sredini), koje je [[Džejms Klerk Maksvel|Maksvel]] koristio 1874. da kreira trodimenzioni dijagram ''[[Maksvelova termodinamička površina|termodinamičke površine]]'' sa koordinatama [[entropija]] (x), [[Zapremina (termodinamika)|zapremina]] (y), [[energija]] (z) za fikcionu supstancu sličnu vodi. Region AB je trodimenziona reprezentacija Gibsove slobodne energije, dok je region AC njen [[entropija|entropski]] kapacitet, „količina za koju se entropija tela može povećati bez promene energije tela ili povenja njegove zapremine“.]]

== Definicije ==
[[Datoteka:Wykres Gibbsa.svg|275px|thumb|right|[[Vilard Gibs|Gibsov]] dijagram ''dostupne energije'' (slobodne energije), koji pokazuje ravan normalnu na osu ''v'' ([[Zapremina (termodinamika)|zapremina]]) i prolazi kroz tačku A, koja predstavlja inicijalno stanje tela. MN je sekcija površine [[Disipacija|disipirane energije]]. Q''ε'' i Q''η'' su sekcije ravni ''η'' = 0 i ''ε'' = 0, i stoga su paralelne sa osama ''ε'' ([[unutrašnja energija]]) i ''η'' ([[entropija]]), respektivno. AD i AE su energija i entropija tela u njegovom inicijalnom stanju, AB i AC njegova ''dostupna energija'' (Gibsova slobodna energija) i njegov ''kapacitet za entropiju''.]]
Gibsova slobodna energija se definiše kao:
:<math>G(p,T) = U + pV - TS</math>
ili:
:<math>G(p,T) = H - TS</math>
gde je: 
* ''U'' - [[unutrašnja energija]] ([[Međunarodni sistem jedinica|SI]] jedinica: [[džul]])
* ''p'' - [[pritisak]] (SI jedinica: [[Paskal (jedinica)|paskal]])
* ''V'' - [[Zapremina (termodinamika)|zapemina]] (SI jedinica: m<sup>3</sup>)
* ''T'' - [[temperatura]] (SI jedinica: [[kelvin]])
* ''S'' - [[entropija]] (SI jedinica: džul po kelvinu)
* ''H'' - [[entalpija]] (SI jedinica: džul)

Izraz za infinitezimalnu reverzibilnu promenu Gibsove slobodne energije kao funkcija njegovih prirodnih promenljivih p i T, za [[Termodinamički sistem|otvoreni sistem]], pod uticajem spoljašnjih sila (na primer električne ili magnetne) ''X<sub>i</sub>'', koje uzrokuju promenu spoljašnjih parametera sistema ''a<sub>i</sub>'' za količinu d''a<sub>i</sub>'', se može izvesti na sledeći način iz Prvog zakona za reverzibilne procese:
:<math>T\mathrm{d}S= \mathrm{d}U + p\mathrm{d}V-\sum_{i=1}^k \mu_i \,\mathrm{d}N_i + \sum_{i=1}^n X_i \,\mathrm{d}a_i + \cdots</math>
:<math>\mathrm{d}(TS) - S\mathrm{d}T= \mathrm{d}U + \mathrm{d}(pV) - V\mathrm{d}p-\sum_{i=1}^k \mu_i \,\mathrm{d}N_i + \sum_{i=1}^n X_i \,\mathrm{d}a_i + \cdots</math>
:<math>\mathrm{d}(U-TS+pV)=V\mathrm{d}p-S\mathrm{d}T+\sum_{i=1}^k \mu_i \,\mathrm{d}N_i - \sum_{i=1}^n X_i \,\mathrm{d}a_i + \cdots</math>
:<math>\mathrm{d}G =V\mathrm{d}p-S\mathrm{d}T+\sum_{i=1}^k \mu_i \,\mathrm{d}N_i - \sum_{i=1}^n X_i \,\mathrm{d}a_i + \cdots</math>

gde je:
* ''μ''<sub>''i''</sub> - [[hemijski potencijal]] ''i''-te [[Hemijska vrsta|hemijske komponente]]. (SI jedinica: džul po čestici<ref>[http://goldbook.iupac.org/C01032.html Chemical Potential] - IUPAC Gold Book</ref> ili džul po molu<ref name="Perrot" />)
* ''N''<sub>''i''</sub> - [[broj čestica]] (ili broj molova) ''i''-te hemijske komponente.

== Vidi još ==
* [[Slobodna entropija]]
* [[Helmholcova slobodna energija|Termodinamička slobodna energija]]

== Reference ==
{{reflist|2}}

== Literatura ==
* {{Cite book |ref= harv|last=International Union of Pure and Applied Chemistry Commission on Physicochemical Symbols Terminology and Units |title=Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (2nd Edition)|publisher=Blackwell Scientific Publications|location=Oxford |year=1993 |url=http://www.iupac.org/publications/books/gbook/green_book_2ed.pdf |isbn=0-632-03583-8|accessdate = 28. 12. 2006.|pages=48}}
* {{Cite book |ref= harv|last = Reiss | first = Howard | title = Methods of Thermodynamics | publisher = Dover Publications | year = 1965 | isbn = 0-486-69445-3}}
* {{Cite book |ref= harv|last = Perrot | first = Pierre | title = A to Z of Thermodynamics | publisher = Oxford University Press | year = 1998 | isbn = 0-19-856552-6}}
* {{Cite book |ref= harv|last1=Greiner | first1=Walter | last2=Neise | first2=Ludwig | last3=Stöcker | first3=Horst | title=Thermodynamics and statistical mechanics | publisher=Springer-Verlag | year=1995 | page=101 |ref=harv}}
== Spoljašnje veze ==
* [http://www.iupac.org/goldbook/G02629.pdf IUPAC definition (Gibbs energy)]
* [http://wine1.sb.fsu.edu/chm1046/notes/Thermody/Gibbs/Gibbs.htm Gibbs energy] - Florida State University
* [http://scienceworld.wolfram.com/physics/GibbsFreeEnergy.html Gibbs Free Energy] - Eric Weissteins World of Physics
* [http://2ndlaw.oxy.edu/gibbs.html Entropy and Gibbs Free Energy] - www.2ndlaw.oxy.edu

[[Kategorija:Fundamentalni koncepti fizike]]
[[Kategorija:Funkcije stanja]]
[[Kategorija:Termodinamička slobodna energija]]