ギブズ自由エネルギー計算機
$\Delta G = \Delta H - T \Delta S$ を計算し、反応の自発性を判定。
ギブズ自由エネルギー (Gibbs Free Energy) とは?
ギブズ自由エネルギー($\Delta G$)は、化学反応や物理変化が、ある条件下(定温・定圧)で自発的に起こるかどうかを判断するための熱力学的指標です。
定義式
$$ \Delta G = \Delta H - T \Delta S $$
- $\Delta G$: ギブズ自由エネルギー変化 (kJ/mol)
- $\Delta H$: エンタルピー変化 (熱の出入り, kJ/mol)
- $T$: 絶対温度 (ケルビン, K)
- $\Delta S$: エントロピー変化 (乱雑さの変化, J/(mol·K)) ※単位注意: kJとJが混在しやすいため、計算時はJをkJに換算します($\div 1000$)。
判定基準: 反応は自発的か?
| $\Delta G < 0$ (負) | 反応は自発的に進みます(Spontaneous)。外部からのエネルギー供給なしに進行します。 |
| $\Delta G = 0$ (ゼロ) | 反応は平衡状態にあります(Equilibrium)。正反応と逆反応の速度が等しい状態です。 |
| $\Delta G > 0$ (正) | 反応は非自発的です(Non-spontaneous)。逆反応が自発的に進みます。反応を進めるには外部からエネルギーが必要です。 |
4つのパターン
$\Delta H$ と $\Delta S$ の符号によって、温度条件による自発性が決まります。
- $\Delta H < 0$ (発熱), $\Delta S> 0$ (乱雑さ増大): 常に $\Delta G < 0$ となり、どのような温度でも自発的。
- $\Delta H > 0$ (吸熱), $\Delta S < 0$ (乱雑さ減少): 常に $\Delta G > 0$ となり、どのような温度でも非自発的。
- $\Delta H < 0$ (発熱), $\Delta S < 0$ (乱雑さ減少): 低温では自発的 ($\Delta H$項が優勢)、高温では非自発的 ($-T\Delta S$項が優勢)。
- $\Delta H > 0$ (吸熱), $\Delta S > 0$ (乱雑さ増大): 高温では自発的 ($-T\Delta S$項が優勢)、低温では非自発的 ($\Delta H$項が優勢)。