אנרגיה חופשית של גיבס – הבדלי גרסאות

האנרגיה החופשית של גיבס (מסומנת כ G) הינה דרך לתיאור מידת ה[[עבודה (פיזיקה)|עבודה]] המקסימלית אשר ניתן להפיק ממערכת נתונה כאשר ה[[לחץ]] וה[[טמפרטורה]] קבועים. ניתן להתייחס לאנרגיה החופשית של גיבס גם כ[[פוטנציאלים תרמודינמיים|פוטנציאל]] אשר המשתנים הטבעיים שלו הינם ה[[טמפרטורה]] וה[[לחץ]].<ref>{{קישור כללי|כתובת=https://www.khanacademy.org/science/chemistry/thermodynamics-chemistry/gibbs-free-energy/a/gibbs-free-energy-and-spontaneity|כותרת=Gibbs free energy and spontaneity (article)|אתר=Khan Academy|שפה=en|תאריך_וידוא=2023-03-14}}</ref> כלומר, ניתן לתאר את מצב המערכת ואת השינויים הדרושים מבחינה אנרגטית בשביל להעביר את המערכת למצב אחר<ref>{{קישור כללי|כתובת=https://www.khanacademy.org/science/chemistry/thermodynamics-chemistry/gibbs-free-energy/a/gibbs-free-energy-and-spontaneity|כותרת=Gibbs free energy and spontaneity (article)|אתר=Khan Academy|שפה=en|תאריך_וידוא=2023-03-14}}</ref>. במילים אחרות – האנרגיה החופשית של גיבס היא [[פונקציה]] [[תרמודינמיקה|תרמודינמית]] המהווה מדד למידת הספונטניות של המערכת.<ref>{{קישור כללי|כתובת=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/helmholtz.html#c2|כותרת=Helmholtz and Gibbs Free Energies|אתר=hyperphysics.phy-astr.gsu.edu|תאריך_וידוא=2023-03-14}}</ref>

השינוי באנרגיה החופשית של גיבס מסומן בצורה ΔG.<ref>{{צ-מאמר|שם=The ScienceDirect accessibility journey: A case study|קישור=http://dx.doi.org/10.1002/leap.1142|כתב עת=Learned Publishing|שנת הוצאה=2018-01|עמ=69–76|כרך=31|doi=10.1002/leap.1142|מחבר=Ted Gies}}</ref>

בשנת 1873 פרסם [[ג'וסיה וילארד גיבס]] "שיטה לייצוג [[גאומטריה|גיאומטרי]] של המאפיינים התרמודינמיים של חומרים באמצעות משטחים", בה הוא שרטט את עקרונות המשוואה החדשה שלו שהצליחה לחזות או להעריך את הנטיות של תהליכים טבעיים שונים להתרחש כאשר גופים או מערכות מובאים במגע. על ידי לימוד האינטראקציות של [[הומוגניות (פיזיקה)|חומרים הומוגניים]] במגע, ועל ידי שימוש בגרף תלת מימדי של "[[נפח]]-[[אנטרופיה]]-[[אנרגיה פנימית]]", גיבס הצליח לקבוע שלושה מצבי שיווי משקל: "בהכרח יציב", "ניטרלי" ו"לא יציב", והאם יחולו שינויים או לא.<ref>{{צ-ספר|שם=On the equilibrium of heterogeneous substances : first [-second] part|קישור=http://dx.doi.org/10.5479/sil.421748.39088007099781|מו"ל=Published by the Academy|שנת הוצאה=1874|מקום הוצאה=[New Haven|מחבר=J. Willard Gibbs, John Tyndall}}</ref>

כאשר ההפרש גדול מאפס '''ΔG>0''', התגובה תיקרא לא ספונטנית – ובשביל לגרום לה לקרות, נצטרך להשקיע אנרגיה (ניתן לדמיין זאת כמים אשר נדרש לשאוב במעלה הר).<ref>{{קישור כללי|כתובת=https://www.khanacademy.org/science/chemistry/thermodynamics-chemistry/gibbs-free-energy/a/gibbs-free-energy-and-spontaneity|כותרת=Gibbs free energy and spontaneity (article)|אתר=Khan Academy|שפה=en|תאריך_וידוא=2023-03-14}}</ref>{{ש}}

כאשר האנרגיה החופשית של גיבס שווה לאפס '''ΔG=0''', לא תהיה תגובה נטו. מצב זה נקרא מצב שיווי המשקל של המערכת (המים הגיעו לאגם במורדות ההר).<ref>{{קישור כללי|כתובת=http://dx.doi.org/10.1515/iupac.51.0285|הכותב=Victor Gold|כותרת=Gibbs Energy of Activation (Gibbs Free Energy of Activation)|אתר=IUPAC Standards Online|תאריך=2016-02-24|תאריך_וידוא=2023-03-14}}</ref>

בתגובות כימיות רבות, בדרך אל ה[[נקודת קיצון|מינימום המוחלט]] של האנרגיה, המערכת צריכה לעבור דרך "מחסום פוטנציאל אנרגטי" – כלומר לעלות גבוה מאוד באנרגיה בדרך למצב אנרגטי חדש של המערכת.<ref>{{קישור כללי|כתובת=https://davidson.weizmann.ac.il/online/askexpert/physics/%D7%9E%D7%94%D7%95-%D7%9E%D7%A6%D7%91-%D7%99%D7%A6%D7%99%D7%91-quazi-equilibrium-%D7%91%D7%AA%D7%A8%D7%9E%D7%95%D7%93%D7%99%D7%A0%D7%90%D7%9E%D7%99%D7%A7%D7%94-%D7%95%D7%91%D7%9E%D7%94-%D7%94%D7%95%D7%90-%D7%A9%D7%95%D7%A0%D7%94-%D7%9E%D7%A9%D7%99%D7%95%D7%95%D7%99-%D7%94%D7%9E%D7%A9%D7%A7%D7%9C-%D7%A2%D7%A6%D7%9E%D7%95-%D7%98%D7%9C|כותרת=מהו מצב יציב (quazi- equilibrium) בתרמודינאמיקה ובמה הוא שונה משיווי המשקל עצמו? טל|אתר=מכון דוידסון לחינוך מדעי|תאריך=2010-01-05|שפה=he|תאריך_וידוא=2023-03-14}}</ref>

דוגמא לתגובה ספונטנית אשר קורת בצורה כל כך איטית עד אשר איננו יכולים להבחין בה – היא הפיכתו של [[יהלום]] ל[[גרפיט]] – מדובר במעבר למצב יציב יותר אנרגטית ושבירת המיתוס כי "יהלומים הם לנצח".<ref>{{קישור כללי|כתובת=https://www.khanacademy.org/science/chemistry/thermodynamics-chemistry/gibbs-free-energy/a/gibbs-free-energy-and-spontaneity|כותרת=Gibbs free energy and spontaneity (article)|אתר=Khan Academy|שפה=en|תאריך_וידוא=2023-03-14}}</ref>

השינוי באנרגיה החופשית של גיבס, ΔG, בתגובה הוא פרמטר שימושי מאוד. אפשר להתייחס אליו ככמות העבודה המקסימלית שניתן להשיג מתגובה בתנאים מסויימים. לדוגמה,[[גליקוליזה|בחמצון של גלוקוז]], השינוי באנרגיה החופשית של גיבס הוא ΔG = 686 kcal = 2870 kJ. תגובה זו היא אחת מהתגובות העיקריות לייצור אנרגיה בתאים חיים .<ref>{{קישור כללי|כתובת=https://www.khanacademy.org/science/chemistry/oxidation-reduction/electrochemistry-thermodynamics-and-equilibrium/v/free-energy-and-cell-potential|כותרת=Free energy and cell potential (video)|אתר=Khan Academy|שפה=en|תאריך_וידוא=2023-03-14}}</ref>{{ש}}