MolDraw › Scheikundetools › Calculator Gibbs-vrije energie
Calculator Gibbs-vrije energie (ΔG = ΔH − TΔS)
Kort gezegd: Calculator voor Gibbs-vrije energie: los ΔG = ΔH − TΔS op naar ΔG, ΔH, T of ΔS, vind de omslagtemperatuur, reken om tussen ΔG° en K en corrigeer ΔG voor niet-standaardomstandigheden. Gratis, werkt in je webbrowser en vereist geen download.
Voer drie van ΔG, ΔH, T en ΔS in om de vierde te vinden. ΔS mag in J of kJ, en T in °C of K. Het resultaat toont of het proces spontaan is, welk van de vier tekengevallen geldt en de omslagtemperatuur. Andere tabbladen rekenen ΔG° om naar K (in wetenschappelijke notatie, ook voor enorme waarden) en passen ΔG = ΔG° + RT ln Q toe.
Vul drie waarden in en laat de waarde die je zoekt leeg.
ΔG° = −RT ln K. Vul ofwel ΔG° of K in.
Formules voor Gibbs-vrije energie
ΔG = ΔH − TΔS omslagtemperatuur (ΔG = 0): T = ΔH / ΔS
ΔG° = −RT ln K = −2.303RT log K K = e^(−ΔG°/RT) ΔG = ΔG° + RT ln Q
R = 8,314 J mol⁻¹ K⁻¹ en T is in kelvin. ΔH en ΔG staan meestal in kJ/mol en ΔS in J/(mol·K), dus deel ΔS door 1000 voordat je ze combineert. ΔG < 0 betekent dat het proces bij die temperatuur spontaan is. Het zegt niets over hoe snel het gaat.
Spontaniteit: de vier tekengevallen
| ΔH | ΔS | ΔG = ΔH − TΔS | Spontaan? | Voorbeeld |
|---|---|---|---|---|
| − (exotherm) | + | Altijd negatief | Bij alle temperaturen | 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ |
| + (endotherm) | − | Altijd positief | Nooit (de omgekeerde reactie is spontaan) | 3O₂ → 2O₃ |
| − | − | Negatief bij lage T | Onder T = ΔH/ΔS | N₂ + 3H₂ → 2NH₃; bevriezen van water |
| + | + | Negatief bij hoge T | Boven T = ΔH/ΔS | CaCO₃ → CaO + CO₂; smelten van ijs |
ΔG° en K bij 298,15 K
| ΔG° (kJ/mol) | K |
|---|---|
| −100 | 3.3 × 10¹⁷ |
| −50 | 5.8 × 10⁸ |
| −20 | 3.2 × 10³ |
| −10 | 56.5 |
| −5 | 7.52 |
| 0 | 1 |
| +5 | 0.133 |
| +10 | 0.0177 |
| +20 | 3.1 × 10⁻⁴ |
| +50 | 1.7 × 10⁻⁹ |
| +100 | 3.0 × 10⁻¹⁸ |
Elke 5,71 kJ/mol ΔG° verandert K bij 25 °C met een factor 10.
Uitgewerkte voorbeelden
Haberproces bij 25 °C
N₂ + 3H₂ → 2NH₃: ΔH° = −92,2 kJ/mol, ΔS° = −198,7 J/(mol·K).
ΔG° = −92.2 − 298.15 × (−0.1987) = −92.2 + 59.2
ΔG° = −33,0 kJ/mol (spontaan)
Boven welke temperatuur is de vorming van NH₃ niet spontaan?
ΔH en ΔS zijn allebei negatief, dus het is alleen spontaan onder T = ΔH/ΔS.
T = −92 200 / −198.7
T = 464 K (191 °C)
Ontleding van kalksteen (examenstijl)
CaCO₃ → CaO + CO₂: ΔH° = +178,3 kJ/mol, ΔS° = +160,5 J/(mol·K).
T = 178 300 / 160.5
Spontaan boven 1111 K (838 °C)
K uit ΔG°
ΔG° = −33,0 kJ/mol bij 298,15 K.
ln K = 33 000 / (8.314 × 298.15) = 13.31
K = 6,0 × 10⁵
ΔG° uit Ka (examenstijl)
Azijnzuur: Ka = 1,8 × 10⁻⁵ bij 25 °C.
ΔG° = −8.314 × 298.15 × ln(1.8 × 10⁻⁵) = −2479 × (−10.93)
ΔG° = +27,1 kJ/mol
Niet-standaardomstandigheden
ΔG° = −33,0 kJ/mol en Q = 100 bij 298,15 K.
ΔG = −33.0 + 8.314 × 298.15 × ln 100 / 1000 = −33.0 + 11.4
ΔG = −21,6 kJ/mol (nog steeds voorwaarts)
Eenheden en veelgemaakte fouten
- J vs kJ. ΔS-tabellen staan in J/(mol·K). Reken om naar kJ (÷1000) voordat je ΔG = ΔH − TΔS gebruikt met ΔH in kJ. Dit is de meest gemaakte fout.
- Alleen kelvin. 25 °C is 298,15 K. 25 gebruiken in plaats van 298 maakt TΔS twaalf keer te klein.
- ΔG vs ΔG°. ΔG° geldt voor standaardtoestanden (1 bar, 1 M). De werkelijke drijvende kracht onder andere omstandigheden is ΔG = ΔG° + RT ln Q.
- Spontaan is niet snel. De omzetting van diamant in grafiet heeft ΔG° < 0 maar verloopt extreem langzaam. De snelheid hangt af van de activeringsenergie.
- ΔH en ΔS veranderen een beetje met T. T = ΔH/ΔS gaat ervan uit dat ze constant zijn, wat over gematigde bereiken een goede benadering is.
- Gebruik op beide plaatsen dezelfde R. Met ΔG° in J/mol gebruik je R = 8,314 J mol⁻¹ K⁻¹; voor kJ/mol 0,008314.
Energiediagrammen of reacties tekenen? Schets reacties, mechanismen en proefopstellingen in MolDraw, een gratis online editor voor chemische structuren.
MolDraw-editor openenVeelgestelde vragen
Hoe bereken ik de Gibbs-vrije energie?
Gebruik ΔG = ΔH − TΔS met T in kelvin en ΔS omgerekend naar kJ/(mol·K). Voor het haberproces bij 298,15 K: ΔG° = −92.2 − 298.15 × (−0.1987) = −33,0 kJ/mol.
Wat betekent een negatieve ΔG?
Het proces verloopt onder die omstandigheden spontaan (thermodynamisch gunstig) in de voorwaartse richting. Een positieve ΔG betekent dat de omgekeerde richting gunstig is. ΔG = 0 betekent evenwicht.
Hoe vind ik de temperatuur waarbij een reactie spontaan wordt?
Stel ΔG = 0: T = ΔH/ΔS. Deze omslag bestaat alleen als ΔH en ΔS hetzelfde teken hebben. Voor de ontleding van CaCO₃ is T = 178 300 / 160,5 = 1111 K.
Hoe hangen ΔG° en de evenwichtsconstante samen?
ΔG° = −RT ln K. Een negatieve ΔG° geeft K groter dan 1 (producten bevoordeeld); een positieve ΔG° geeft K kleiner dan 1. Bij 25 °C verandert elke 5,71 kJ/mol K met een factor tien.
Wat is het verschil tussen ΔG en ΔG°?
ΔG° is de verandering in vrije energie met alles in de standaardtoestand. ΔG geldt voor het werkelijke mengsel: ΔG = ΔG° + RT ln Q. Naarmate een reactie verloopt, nadert Q tot K en nadert ΔG tot nul.
Waarom moet ik ΔS door 1000 delen?
Entropie staat meestal in tabellen in J/(mol·K), terwijl enthalpie in kJ/mol staat. Door ΔS door 1000 te delen staan beide termen in kJ/mol en kun je ze van elkaar aftrekken.
Verwante scheikundetools
Laatst bijgewerkt: