Gibbs Free Energy Example

ผมมีปฏิกิริยานี่ตรงนี้ โดยผมมีเมธเธน

1 โมล และผมทำปฏิกิริยา
กับออกซิเจน 2 โมล ผมจะ

ผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ 1 โมลกับ

น้ำ 2 โมล

และสิ่งที่เราอยากตอบในวิดีโอนี้คือว่า

ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเองได้ไหม

และเราเรียนไปในวิดีโอที่แล้วว่า เวลาตอบ

คำถามนั้น เราต้องไปดูพลังงานเสรีกิบส์ หรือ

การเปลี่ยนแปลงพลังงานเสรีกิบส์

การเปลี่ยนแปลงพลังงานเสรีกิบส์เท่ากับ

การเปลี่ยนแปลงเอนธาลปีสำหรับปฏิกิริยา
ลบอุณหภูมิ

ที่มันเกิดขึน คูณการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี

และถ้าค่านี้น้อยกว่า 0 มันจะเป็น

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเอง

ผมเริ่มต้นให้บ้างแล้ว

ผมคำนวณการเปลี่ยนแปลงเอนธาลปี
สำหรับปฏิกิริยานี้มาแล้ว

มันอยู่ตรงนี้

และเรารู้วิธีทำแล้ว

เราทำไปหลายวิดีโอก่อนแล้ว

คุณแค่หาความร้อนของการเกิดในผลิตภัณฑ์

แต่ละอย่างเหล่านี้

สำหรับน้ำ คุณจะคูณด้วย 2 เพราคุณมี

สารนั้น 2 โมล

แล้วคุณมีความร้อนการเกิด
ของผลิตภัณฑ์ทั้งหมด

แล้วคุณลบความร้อน

การเกิดของสารตั้งต้นทั้งหมด

และแน่นอน ความร้อนการเกิดของ O2 คือ

อันนี้ไม่อยู่ในสมการ คุณจะได้ลบ 890.3

กิโลจูล

อันนี้บอกเราว่า นี่คือปฏิกิริยาคายความร้อน

ด้านนี้ของสมการมีพลังงานในนั้นน้อยกว่า
-- คุณ

คิดถึงมันแบบนั้นได้ -- คือด้านนั้น

พลังงานบางส่วนต้องปล่อยออกไป

เราใส่มันตรงนี้ได้ บวก e แทนพลังงาน

ขอผมเขียน บวกพลังงานที่ปล่อยออกมา

นั่นคือสาเหตุที่มันคายความร้อน

แต่คำถามของเราคือว่า มันเกิดขึ้นเองได้ไหม?

เพื่อหาคำตอบว่ามันเกิดขึ้นเองได้ไหม เราต้อง

หาว่าเดลต้า S เป็นเท่าใด

เพื่อช่วยหาว่าเดลต้า S เป็นเท่าใด ผมได้

ดูเอนโทรปีโมลาร์มาตรฐาน

ของโมเลกุลแต่ละตัวแล้ว

ตัวอย่างเช่น ค่ามาตรฐาน -- ผมจะเขียน

อีกสีนะ

มาตรฐาน --
คุณจะใส่เครื่องหมายนอตเล็กๆ ตรงนั้น --

เอนโทรปีโมลาร์มาตรฐาน --
เวลาเราบอกว่ามาตรฐาน

มันคือ 298 องศาเคลวิน

ที่จริง ผมไม่ควรเรียกว่าองศาเคลวิน

มันอยู่ที่ 298 เคลวิน คุณจะไม่ใช้คำว่าองศา

เวลาคุณพูดถึงเคลวิน

มันอยู่ที่ 298 เคลวิน
ซึ่งเท่ากับ 25 องศาเซลเซียส

มันอยู่ที่อุณหภูมิห้อง

นั่นคือสาเหตุที่มันนับว่าเป็นอุณหภูมิมาตรฐาน

เอนโทรปีมาตรฐานของเมธเธนที่อุณหภูมิห้อง

เท่ากับจำนวนนี่ตรงนี้

186 จูลต่อเคลวินโมล

ถ้าผมมีเมธเธน 1 โมล ผมมีเอนโทรปี 186

จูลต่อเคลวิน

ถ้าผมมี 2 โมล ผมก็คูณด้วย 2

ถ้าผมมี 3 โมล ผมก็คูณด้วย 3

การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีของปฏิกิริยานี้

คือเอนโทรปีมาตรฐานรวมของผลิตภัณฑ์ลบ

เอนโทรปีมาตรฐานรวมของสารตั้งต้น

อย่างที่เราทำไปกับเอนธาลปี

มันจะเท่ากับ 213.6 บวก -- ผมบอกว่าน้ำ

2 โมลตรงนี้

มันคือบวก 2 คูณ -- ลองเขียน 70 ตรงนั้น

69.9 เกือบ 70

บวก 2 คูณ 70 แล้วผมอยากลบ

เอนโทรปีของสารตั้งต้น
หรือด้านนี้ของปฏิกิริยา

เอนโทรปีของ CH4 จำนวน 1 โมล
เท่ากับ 186 บวก 2 คูณ 205

แค่กะด้วยสายตา ก็รู้ว่าเลขนี้ใกล้กับ

เลขนี้ แต่เลขนี้มากกว่าเลขนี้มาก

น้ำของเหลวมีค่าต่ำ -- นี่คือ

เอนโทรปีของน้ำของเหลว

มันมีเอนโทรปีต่ำกว่าแก๊สออกซิเจนมาก

และมันก็สมเหตุสมผล

เพราะเมื่อของเหลวเกิดขึ้น
มันจะมีจำนวนสถานะน้อยกว่า

มันจะตกไปอยู่ข้างล่างภาชนะ แทนที่จะ

มีรูปร่างตามห้องและขยายตัว

แก๊สโดยธรรมชาติจะมีเอนโทรปี

สูงกว่าของเหลว

แค่กะด้วยสายตา เราก็เห็นว่าผลิตภัณฑ์

จะมีเอนโทรปีต่ำกว่าสารตั้งต้น

ค่านี้จึงน่าจะเป็นจำนวนลบ

แต่ลองยืนยันดู

ผมมี 200, 213.6 บวก -- บวก 140 ใช่ไหม?

2 คูณ 70

บวก 140 เท่ากับ 353.6

นี่คือ 353.6

แล้วจากนั้น ผมจะลบ -- 186 บวก

2 คูณ 205 เท่ากับ 596

ลบ 596 แล้วมันเท่ากับอะไร?

เราใส่ลบ 596 แล้วบวก 353.6

ได้ลบ 242.4

ค่านี้จึงเท่ากับลบ 242.4 จูลต่อเคลวิน
ได้เดลต้า

S เป็นลบ

เราเสียเอนโทรปีไปเท่านั้น

และหน่วยพวกนั้นอาจดูไม่น่าเข้าใจเท่าไหร่ตอนนี้

แต่คุณรู้ว่าพวกมันเป็นหน่วยตามใจ

คุณอาจบอกว่า เฮ้ มันมีระเบียบมากขึ้นนี่

มันดูสมเหตุสมผล เพราะเรามีแก๊สมากมาย

เรามีโมเลกุลแยกกัน 3 ตัว คือ 1 ตัวตรงนี้แล้วก็

ออกซิเจน 2 โมเลกุล

แล้วเราก็มีโมเลกุล 3 ตัวเหมือนเดิม แต่ตอนนี้

น้ำเป็นของเหลว

มันจึงสมเหตุสมผลที่เราเสียเอนโทรปีไป

ของเหลวมีจำนวนสถานะ

น้อยกว่าเป็นพิเศษ

แต่ลองหากันว่าปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเองได้ไหม

เดลต้า G เท่ากับเดลต้า H

เราปล่อยพลังงาาน มันจึงเป็นลบ 890

ผมจะตัดทศนิยมทิ้งนะ

เราไม่ต้องละเอียดขนาดนั้น

ลบอุณหภูมิของเรา

เราสมมุติว่าเราอยู่ที่อุณหภูมิห้อง หรือ 298

องศาเคลวิน

มันคือ 2 -- ผมควรพูดว่า 298 เคลวิน

ผมควรเลิกนิสัยการพูดว่า

องศา เวลาพูดว่าเคลวิน

ซึ่งก็คือ 25 องศาเซลเซียส
คูณการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี

ทีนี้ ค่านี้จะเป็นลบ

ทีนี้คุณอาจบอกว่า โอเค ลบ 242
คุณอาจจะอยาก

ใส่ตรงนั้น

แต่คุณต้องระวังมากๆๆ

ค่านี่ตรงนี้เป็นกิโลจูล

ค่านี่ตรงนี้เป็นจูล

ถ้าเราเขียนทุกอย่างเป็นกิโลจูล

เนื่องจากเราเขียนมันลงไปแล้ว
ลองเขียนค่านี้เป็น

กิโลจูลกัน

มันก็คือ 0.242 กิโลจูลต่อเคลวิน

ตอนนี้พลังงานเสรีกิบส์ของเราตรงนี้จะ

เป็นลบ 890 กิโลจูลลบ 290 -- ลบ

แล้วก็ลบ คุณจึงได้บวก

มันสมเหตุสมผล เทอมเอนโทรปีจะทำให้

พลังงานเสรีกิบส์เป็นบวกยิ่งขึ้น

ซึ่ง อย่างที่เรารู้
เนื่องจากเราอยากได้ค่านี้น้อยกว่า

0 ค่านี้จะต้านการเกิดขึ้นเอง

ลองดูว่ามันเอาชนะเอนธาลปี

ธรรมชาติการคายความร้อนได้ไหม

ดูเหมือนว่าจะไม่ได้ เพราะคุณคูณ

เศษส่วนกับค่านี้ มันจะ

ได้ค่าน้อยกว่านั้น

ลองหากันดู

หารด้วย 1, 2, 3

นั่นคือการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี คูณ 298
นั่นคืออุณหภูมิของเรา

ได้ลบ 72

เทอมนี้จึงกลายเป็น -- เราใส่ลบตรงนั้น --

มันก็คือบวก 72.2

นี่คือเทอมเอนโทรปีที่อุณหภูมิมาตรฐาน

มันออกมาเป็นอย่างนั้น

และนี่คือเทอมเอนธาลปีของเรา

เราเห็นแล้วว่าเอนธาลปีเป็นลบ

มากกว่าเทอมบวกจากอุณหภูมิ

คูณการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีของเรามาก

เทอมนี้จึงชนะ

ถึงแม้ว่าเราจะเสียเอนโทรปีในปฏิกิริยา
แต่มันปล่อย

พลังงานมากจนมันยังเกิดขึ้นเองได้

ค่านี้น้อยกว่า 0 ชัดเจน ปฏิกิริยานี้จึงเป็น

ปฏิกิริยาที่เกิดเองได้

อย่างที่คุณเห็น โจทย์พลังงานเสรีกิบส์
มันไม่ได้

ยากเกินไป

คุณแค่ต้องหาค่าเหล่านี้

เวลาหาค่าเหล่านี้ เขาจะให้มา

เดลต้า H แต่เรารู้ว่าแก้หาเดลต้า H

คุณแค่หาความร้อนการเกิดของ

ผลิตภัณฑ์ทั้งหมด
ลบของสารตั้งต้น และคุณต้อง

ถ่วงน้ำหนักด้วยสัมประสิทธิ์

แล้ว เวลาหาการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี คุณก็

ทำเหมือนกัน

คุณต้องดูเอนโทรปีโมลาร์มาตรฐานของ

ผลิตภัณฑ์ถ่วงน้ำหนักด้วยสัมประสิทธิ์ลบ

สารตั้งต้น แล้วแทนค่าลงไปตรงนี้

คุณจะได้พลังงานเสรีกิบส์

ในกรณีนี้ มันเป็นลบ

ทีนี้ คุณนึกภาพกรณีที่เราอยู่ที่

อุณหภูมิสูงขึ้นมากได้

อย่างเช่นผิวดวงอาทิตย์หรืออะไรพวกนั้น
ทันใดนั้น

แทนที่จะเป็น 298 ตรงนี้
ถ้าคุณมีค่าเป็น 2,000 หรือ

4,000 ตรงนั้น

ทันใดนั้น มันจะน่าสนใจ

ถ้าคุณจินตนาการ ถ้าคุณมีอุณหภูมิ 4,000

เคลวินตรงนั้น ทันใดนั้น เทอมเอนโทรปี

การสูญเอนโทรปี จะสำคัญมากกว่า

แล้วเทอมนี้ เทอมบวกนี้จะ

เอาชนะเทอมนี้ และปฏิกิริยาจะไม่เกิดเอง

ณ อุณหภูมิที่สูงมากๆๆๆๆๆ

วิธีคิดอีกอย่างคือว่า

ปฏิกิริยาจะสร้างความร้อนที่ปล่อยความร้อน
-- ความร้อน

ที่ถูกปล่อยไม่สำคัญนักเมื่อมันมี

ความร้อนหรือพลังงานจลน์
มหาศาลในสิ่งแวดล้อม

ถ้าอุณหภูมิสูงพอ ปฏิกิริยานี้จะ

ไม่เกิดขึ้นเอง เพราะเทอมเอนโทรปี

จะเอาชนะได้

เอาล่ะ ผมอยากคำนวณอย่างนี้ คุณจะได้

เห็นว่าไม่มีอะไรเป็นนามธรรม

คุณหาค่าได้ทุกอย่างในเว็บ แล้วค่อยหา

ว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นเองได้หรือไม่