Գիբսի էներգիա

**Գիբսի էներգիա**, **Գիբսի ազատ էներգիա**, **Գիբսի պոտենցիալ**, թերմոդինամիկական պոտենցիալ, որը ցույց է տալիս էներգիայի փոփոխությունը քիմիական ռեակցիայի ընթացքում․

: G=U+PV-TS։

Գիբսի էներգիան կարելի է հասկանալ որպես համակարգի լրիվ քիմիական էներգիա։ Գիբսի էներգիայի հասկացությունը լայնորեն կիրառվում է թերմոդինամիկայում և քիմիայում։

Իզոբար-իզոթերմ պրոցեսի ինքնակամ ընթացքը որոշվում է երկու գործոններով․ համակարգի էնտալպիայի նվազմամբ (ΔH) և T ΔS չկարգավորվածության աճով՝ պայմանավորված էնտրոպիայի աճով։ Այս թերմոդինամիկական գործոնների տարբերությունը՝ Գիբսի ազատ էներգիան, համակարգի վիճակի ֆունկցիա է, կոչվում է նաև իզոբար-իզոթերմ պոտենցիալ։

## Սահմանում
Գիբսի էներգիայի դասական սահմանումը
: G=U+PV-TS,
արտահայտությունն է, որտեղ U-ն ներքին էներգիան է, P-ն՝ ճնշումը, V-ն՝ ծավալը, T-ն՝ բացարձակ ջերմաստիճանը, S-ը՝ էնտրոպիան։

Հաստատուն թվով մասնիկներով համակարգի համար Գիբսի էներգիայի դիֆերենցիալը, արտահայտված սեփական փոփոխականներով՝ p ճնշումով և T ջերմաստիճանով, կլինի՝
: dG=-S\,dT+V\,dP։
Փոփոխական թվով մասնիկներից կազմված համակարգի համար այս դիֆերենցիալը գրվում է որպես
: dG=-S\,dT+V\,dP+\mu\,dN,
որտեղ \mu-ն քիմիական պոտենցիալն է, որը կարելի է սահմանել որպես համակարգին մեկ մասնիկ ավելացնելու համար անհրաժեշտ էներգիան։

## Կապը համակարգի թերմոդինամիկական կայունության հետ
Գիբսի պոտենցիալի նվազագույն արժեքը համապատասխանում է ֆիքսված ջերմաստիճանով, ճնշումով և մասնիկների թվով թերմոդինամիկական համակարգի կայուն հավասարակշռության վիճակին։

Գրելով թերմոդինամիկայի առաջին և երկրորդ սկզբունքների ընդհանրացված հավասարումը՝
: T\,dS\geqslant dU+P\,dV,
P=\mathrm{const},\;T=\mathrm{const} դեպքում կստանանք
: d(U+PV-TS)\leqslant 0։
: d(G)\leqslant 0։
Այսպիսով՝ հաստատուն ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում համակարգում Գիբսի էներգիան ունի նվազագույն արժեք։

## Կիրառությունները քիմիայում
### Կապը քիմիական պոտենցիալի հետ
Կիրառելով թերմոդինամիկական պոտենցիալների էքստենսիվության հատկությունը, կարելի է ցույց տալ, որ մեկ տիպի մասնիկներով համակարգի համար քիմիական պոտենցիալը Գիբսի էներգիայի հարաբերությունն է համակարգում նյութի մոլերի թվին․
: \mu=\frac{G}{n}։

Եթե համակարգը կազմված է  i  թվով մասնիկների տիպերից՝ յուրաքանչյուր տիպում  n_i  մոլերի թվով, ապա Գիբս-Դյուհեմի առնչությունը բերվում է

:  G(p,T,N_1 \dots )= \mu_1 n_1 + \mu_2 n_2 + \dots 

արտահայտությանը։

ՔԻմիական պատենցիալը կիրառվում է փոփոխական թվով մասնիկներից համակարգերի վերլուծության ժամանակ, ինչպես նաև փուլային անցումներն ուսումնասիրելիս։ ԱՅսպես, ելնելով Գիբս-Դյուհեմի առնչությունից և միմյանց հետ փուլերի հավասարակշռության մեջ գտնվող քիմիական պոտենցիալների  \mu_1=\mu_2  հավասարության պայմանից, կարելի է ստանալ Կլապեյրոն-Կլաոզիուսի հավասարումը, որը սահմանոմ է երկու փուլերի համագոյակցության գիծը  (p,T)  կոորդինատներով։

### Գիբսի էներգիան և քիմիական ռեակցիայի ընթացքի ուղղությունը
Քիմիական պրոցեսներում միաժամանակ գործում են երկու հակադիր գործոններ՝ *[[էնտրոպիա]]յին* (T\Delta S) և *[[էնտալպիա]]յին* (\Delta H)։ Այս հակադիր գործոնների գումարային ազդեցությունը հաստատուն ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում սահմանում է G Գիբսի էներգիան․
: \Delta G=\Delta H-T\Delta S։
Այս արտահայտությունից հետևում է, որ \Delta H=\Delta G+T\Delta S, այսինքն՝ որոշ ջերմաքանակ ծախսվում է էնտրոպիայի մեծացման վրա (T \Delta S)․ էներգիայի այս մասը կորած է օգտակար աշխատանք կատարելու համար (ջերմության տեսքով ցրվում է շրջակա միջավայրում)։ Այն հաճախ կոչվում է կապված էներգիա։ Ջերմության մնացած մասը (\Delta G) կարող է կիրառվել աշխատանք կատարելու համար, այդ պատճառով Գիբսի էներգիան հաճախ կոչվում է նաև ազատ էներգիա։

Գիբսի էներգիայի փոփոխության բնույթը թույլ է տալիս դատել պրոցեսի իրականացման սկզբունքային հնարավորության մասին։ \Delta G դեպքում պրոցեսը կարող է տեղի ունենալ ինքնակամ, \Delta G>0 դեպքում պրոցեսը չի կարող ընթանալ․ ոչ ինքնակամ պրոցես (այլ կերպ ասած, եթե Գիբսի էներգիան համակարգի սկզբնական վիճակում ավելի մեծ է, քան վերջնական վիճակում, ապա պրոցեսը սկզբունքորեն կարող է տեղի ունենալ,հակառակ դեպքում չի կարող)։ Իսկ եթե \Delta G=0, ապա համակարգը գտնվում է քիմիական հանասարակշռության վիճակում։

Այստեղ խոսքի քիմիական ռեակցիայի ընթանալու *սկզբունքային* հնարավորության մասին է։ Իրական պայմաններում ռեակցիան կարող է և չսկսվել \Delta G անհավասարության դեպքում (կինետիկական պատճառներով)։

Քիմիական ռեակցիայի ընթացքում Գիբսի ազատ էներգիան նրա K հավասարակշռության գործակցին կապող առնչությունը՝
: \Delta G=-RT\cdot\ln Kp,
որտեղ Кр-ը ըստ ճնշման հավասարակշիռ գործակիցն է։

## Պատմական տեղեկություններ
Գիբսի էներգիան կոչվել է թերմոդինամիկայի հիմնադիրներից մեկի՝ Ջոզայա Գիբսի անունով։

## Ծանոթագրություններ

## Գրականություն
* *Ахметов Н. С.* Актуальные вопросы курса неорганической химии. — М.: Просвещение, 1991. — 495 с. — ISBN 5-09-002630-0.
* *Базаров И. П.* Термодинамика. — М.: Высшая школа, 1991. — 376 с. — ISBN 5-06-000626-3.
* Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Статистическая физика. Часть 1. — Издание 3-е, дополненное. — М.: Наука, 1976. — 584 с. — («Теоретическая физика», том V).

## Տես նաև
* Թերմոդինամիկական պոտենցիալ
* Հելմհոլցի ազատ էներգիա

Կատեգորիա:Էներգիա
Կատեգորիա:Ջերմադինամիկական պոտենցիալներ