Kalkulator Energi Bebas Gibbs

Hasil

ΔH dan ΔS keduanya positif: prosesnya spontan di atas suhu persilangan dan tidak spontan di bawahnya.

Jika ΔH dan ΔS adalah nilai standar (ΔH°, ΔS°), maka ΔG° = ΔG dan konstanta kesetimbangan adalah K = 0,03127 (log₁₀ K = -1,505) pada suhu ini.

Cara Menggunakan Kalkulator Energi Bebas Gibbs

1. 1. Pilih mode. Gunakan "ΔG dari ΔH dan ΔS" untuk pertanyaan spontanitas dan suhu, atau "ΔG° dan konstanta kesetimbangan" untuk menghubungkan energi bebas dengan K dan Q.
2. 2. Pilih yang tidak diketahui dan masukkan sisanya. Entalpi dan energi bebas dapat dalam kJ/mol, J/mol, kkal/mol, atau kal/mol; entropi dalam J/(mol·K), kJ/(mol·K), atau kal/(mol·K); suhu dalam K, °C, atau °F. Masukan campuran kJ dan J dikonversi untuk Anda.
3. 3. Baca kesimpulannya. Hasil menyatakan apakah ΔG negatif (spontan), positif (tidak spontan), atau nol (pada kesetimbangan), memberikan suhu persilangan tempat ia berubah, dan memplot garisnya.
4. 4. Ikuti langkah perhitungannya. Setiap konversi dan substitusi ditulis lengkap, dengan konstanta gas eksak R = 8,314462618 J/(mol·K) pada mode kesetimbangan.

Persamaannya

ΔG = ΔH − TΔS

T = ΔH / ΔS  (saat ΔG = 0)

ΔG° = −RT ln K

ΔG = ΔG° + RT ln Q

ΔG adalah perubahan energi bebas Gibbs pada suhu dan tekanan tetap. ΔG negatif berarti proses dapat berlangsung secara spontan, ΔG positif berarti tidak dapat berlangsung tanpa kerja dari luar, dan ΔG = 0 berarti kesetimbangan. Spontan dalam pengertian ini tidak mengatakan apa pun tentang kecepatan: intan berubah menjadi grafit secara spontan dan memerlukan waktu geologis. T harus berupa suhu absolut dalam kelvin, dan kalkulator mengonversi Celsius atau Fahrenheit serta menolak nilai pada atau di bawah 0 K.

Kapan Reaksi Bersifat Spontan?

Ini adalah klasifikasi yang sama dengan yang diberikan OpenStax Chemistry 2e dalam bab energi bebasnya. Suhu persilangan memisahkan rezim "rendah" dan "tinggi"; ia hanya bermakna jika ΔH dan ΔS memiliki tanda yang sama. Ini mengasumsikan ΔH dan ΔS tetap konstan terhadap suhu, yang merupakan pendekatan baik pada rentang sedang tetapi tidak pada rentang besar — ΔH dan ΔS nyata bergeser, sehingga jawabannya merupakan perkiraan.

Contoh Kasus

Air menguap pada 298,15 K (masukan bawaan). Dengan ΔH° = 44,01 kJ/mol dan ΔS° = 118,8 J/(mol·K), ΔG = 44.010 − 298,15 × 118,8 = 8.589,8 J/mol, yaitu 8,590 kJ/mol. Nilainya positif, sehingga air cair tidak mendidih secara spontan pada 25 °C dan 1 bar. Persilangannya adalah 44.010 ÷ 118,8 = 370,5 K (97,3 °C), dekat dengan titik didih nyata air 373,15 K; selisihnya ada karena ΔH dan ΔS tidak sepenuhnya konstan.

Es mencair pada 263,15 K (−10 °C). ΔH = 6,01 kJ/mol dan ΔS = 22,0 J/(mol·K) memberi ΔG = 6.010 − 263,15 × 22,0 = +0,221 kJ/mol. Nilainya positif, sehingga es tidak mencair pada −10 °C; ia akan mencair pada suhu di atas 273,2 K.

K dari ΔG°. Untuk ΔG° = 55,7 kJ/mol pada 298,15 K, ln K = −55.700 ÷ (8,314462618 × 298,15) = −22,47, sehingga K = 1,74 × 10⁻¹⁰ — hasil kali kelarutan perak klorida, seperti contoh kerja OpenStax. Kebalikannya juga berlaku: K = 1,0 × 10⁵ pada 298,15 K berarti ΔG° = −RT ln K = −28,5 kJ/mol.

ΔG di luar kesetimbangan. Dengan ΔG° = −20,0 kJ/mol dan kuosien reaksi Q = 50,0 pada 298,15 K, ΔG = −20.000 + 2.478,96 × ln 50,0 = −10,3 kJ/mol. Nilainya negatif, sehingga reaksi berjalan maju hingga Q naik sampai K.

Kesalahan Umum

• Mengurangkan kJ dari J. ΔH biasanya dinyatakan dalam kJ/mol dan ΔS dalam J/(mol·K). Konversikan salah satunya sebelum menghitung TΔS; kalkulator melakukannya dari menu satuan. Lupa melakukannya adalah kesalahan klasik yang membuat TΔS tampak seribu kali lebih kecil.
• Memakai Celsius untuk T. T dalam ΔG = ΔH − TΔS dalam kelvin. 25 °C adalah 298,15 K.
• Mencampuradukkan ΔG dan ΔG°. ΔG° berlaku untuk kondisi standar (1 bar untuk gas, 1 mol/L untuk zat terlarut) dan menghasilkan K. ΔG berlaku untuk campuran yang sebenarnya dan bergantung pada Q.
• Membaca "spontan" sebagai "cepat". ΔG menyatakan apakah suatu proses dapat berlangsung, bukan seberapa cepat. Laju termasuk kinetika; lihat Kalkulator Persamaan Arrhenius.
• Terlalu percaya pada suhu persilangan. Ia mengasumsikan ΔH dan ΔS konstan. Gunakan sebagai perkiraan, terutama jauh dari 298 K.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa rumus energi bebas Gibbs?

ΔG = ΔH − TΔS, dengan ΔH adalah perubahan entalpi, T suhu absolut dalam kelvin, dan ΔS perubahan entropi. Pada kondisi standar ditulis ΔG° = ΔH° − TΔS°. Kedua suku energi harus dalam satuan yang sama sebelum dikurangkan.

Bagaimana saya tahu apakah reaksi spontan dari ΔG?

Jika ΔG negatif, reaksi spontan ke arah maju; jika positif, arah balik yang spontan; jika nol, sistem berada pada kesetimbangan. Spontan berarti secara termodinamika disukai, bukan cepat.

Bagaimana cara menemukan suhu tempat reaksi menjadi spontan?

Atur ΔG = 0 dan selesaikan: T = ΔH ÷ ΔS. Gunakan tabel tanda: jika keduanya positif, reaksi spontan di atas suhu itu; jika keduanya negatif, reaksi spontan di bawahnya. Jika tandanya berbeda, tidak ada suhu seperti itu.

Bagaimana hubungan ΔG° dengan konstanta kesetimbangan?

ΔG° = −RT ln K, sehingga K = e^(−ΔG°/RT). ΔG° negatif memberi K lebih besar dari 1 dan mengutamakan produk; ΔG° positif memberi K lebih kecil dari 1 dan mengutamakan reaktan. Setiap 5,7 kJ/mol pada 298 K mengubah K sekitar faktor 10.

Apa arti ΔG = ΔG° + RT ln Q?

Ini memberikan perubahan energi bebas untuk campuran yang benar-benar Anda miliki. Ketika Q lebih kecil dari K, RT ln Q cukup negatif untuk membuat ΔG negatif dan reaksi berjalan maju; ketika Q lebih besar dari K, reaksi berjalan balik; pada Q = K, ΔG = 0.

Mengapa ΔG saya meleset faktor 1000?

Itu hampir selalu berarti kJ dan J tercampur. ΔH 44,01 kJ/mol adalah 44.010 J/mol; jika ΔS dalam J/(mol·K), konversikan ΔH ke joule (atau ΔS ke kJ/(mol·K)) lebih dulu. Pilih satuan di menu dan kalkulator mengonversinya untuk Anda.