Energia swobodna reakcji

Energia swobodna reakcji ($\Delta f$ lub $\Delta F$ ) – funkcja termodynamiczna reakcji chemicznej, zmiana energii swobodnej Helmholtza układu, która jest potencjałem termodynamicznym w przypadku $T,v=\mathrm {const}$ (potencjał izotermiczno-izochoryczny), spowodowana przebiegiem reakcji chemicznej, odniesiona do liczby postępu reakcji równej jeden.

Liczba postępu reakcji $(\lambda ),$ została zdefiniowana przez Théophila de Dondera w 1920 roku jako:

$\lambda ={\frac {n_{zi}}{\nu _{i}}}.$

Wartość $\lambda =1,$ gdy liczby moli $(n_{zi})$ powstałych produktów oraz liczby moli zużytych substratów są równe odpowiednim współczynnikom stechiometrycznym $(\nu _{i})$ w równaniu reakcji.

Energią swobodną reakcji chemicznej jest pochodna cząstkowa energii swobodnej układu, czyli np. funkcji $f=f(v,T,\lambda ),$ obliczona względem liczby postępu reakcji:

$\Delta f_{v,T}=\left({\frac {\partial f}{\partial \lambda }}\right)_{v,T}.$

Energię swobodną reakcji wyraża się również poprzez wielkości cząstkowych molowych energii swobodnych poszczególnych reagentów $(F_{i}){:}$

$F_{i,v,T}=\left({\frac {\partial f}{\partial n_{i}}}\right)_{v,T,n_{j}\neq i}.$

Energia swobodna układu termodynamicznego, złożonego z $k$ składników wynosi:

$f=\Sigma \ n_{i}F_{i}=f(T,v,n_{1},n_{2},n_{3},\dots ,n_{k}).$

Energię swobodną reakcji chemicznej oblicza się jako różnicę między sumą ilorazów $\Sigma \ n_{i}F_{i}$ dla jej produktów i dla substratów.

$\Delta f=\sum {n_{i,prod}F_{i,prod}}-\sum {n_{i,subs}F_{i,subs}}.$

Zmiana energii swobodnej jest równa maksymalnej pracy, jaką może wykonać układ, w którym zachodzi reakcja.

Zobacz też

• entalpia reakcji
• entalpia swobodna reakcji
• entropia reakcji
• powinowactwo chemiczne
• równanie van ’t Hoffa (stała równowagi)