ChemistryÉnergétiqueA-Level
CambridgeNESAOCREdexcelWJECAQAAPIB

Énergie libre de Gibbs

Lien entre enthalpie, entropie et spontanéité.

Understand the formulaSee the free derivationOpen the full walkthrough
Open Full WalkthroughTry Calculator

This public page keeps the free explanation visible and leaves premium worked solving, advanced walkthroughs, and saved study tools inside the app.

Core idea

Overview

L'énergie libre de Gibbs quantifie la quantité maximale de travail autre que le travail d'expansion extractible d'un système thermodynamiquement fermé à pression et température constantes. Elle sert de critère essentiel de spontanéité, une valeur négative indiquant qu'une réaction se produira sans apport d'énergie externe en équilibrant enthalpie et entropie.

When to use: Utilisez cette équation pour prédire la spontanéité des réactions chimiques ou des changements d'état dans des conditions de température et de pression constantes. Elle est particulièrement utile pour déterminer la température à laquelle une réaction passe d'un état non spontané à un état spontané.

Why it matters: Cette formule est la base de l'énergétique chimique, permettant aux scientifiques de calculer les constantes d'équilibre et de concevoir des procédés chimiques industriels. En biologie, elle explique comment les cellules couplent des réactions défavorables à des réactions favorables pour alimenter les voies métaboliques essentielles à la vie.

Symbols

Variables

H = Enthalpy Change, S = Entropy Change, T = Temperature, G = Gibbs Free Energy

Enthalpy Change
kJ/mol
Entropy Change
kJ/molK
Temperature
Gibbs Free Energy
kJ/mol

Walkthrough

Derivation

Formule : Énergie libre de Gibbs

Prédit la faisabilité d'un processus à température et pression constantes en utilisant les variations d'enthalpie et d'entropie.

1

Énoncez l'équation de Gibbs :

L'énergie libre de Gibbs combine les effets de l'enthalpie ( H) et de l'entropie ( S) à la température T (K).

2

Interprétez la faisabilité :

Un G négatif indique une direction spontanée faisable dans les conditions données.

Note: Attention aux unités : H souvent en kJ mol^{-1} ; S souvent en J mol^{-1}, donc convertissez si nécessaire.

Result

Source: OCR A-Level Chemistry A — Thermodynamics

Free formulas

Rearrangements

Solve for

Isoler Delta H

Pour faire de H le sujet de l'équation d'énergie libre de Gibbs, ajoutez TΔ S aux deux côtés de l'équation.

Difficulty: 2/5

Solve for

Isoler Delta S

Pour faire de S le sujet de l'équation d'énergie libre de Gibbs, isolez d'abord le terme TΔ S, puis divisez par T et ajustez le signe négatif.

Difficulty: 2/5

Solve for

Isoler T

Pour faire de T le sujet de l'équation d'énergie libre de Gibbs, soustrayez d'abord H, puis multipliez par -1 et enfin divisez par S.

Difficulty: 2/5

The static page shows the finished rearrangements. The app keeps the full worked algebra walkthrough.

Visual intuition

Graph

Le graphique affiche une ligne droite où l'ordonnée à l'origine représente le changement d'enthalpie et la pente est déterminée par le changement d'entropie négatif. Pour un étudiant en chimie, cette relation linéaire signifie que lorsque la température augmente, la spontanéité de la réaction change à un taux constant selon que le changement d'entropie est positif ou négatif. La caractéristique la plus importante de cette courbe est l'abscisse à l'origine, qui identifie la température spécifique où l'énergie libre de Gibbs atteint zéro et où la réaction transitionne entre être spontanée et non spontanée.

Graph type: linear

Why it behaves this way

Intuition

L'énergie libre de Gibbs représente un équilibre entre la tendance d'un système à minimiser son énergie (enthalpie) et à maximiser son désordre (entropie), la température déterminant le poids relatif de la contribution du désordre.

Term
Variation de l'énergie libre de Gibbs. Représente le travail non-PV maximal pouvant être obtenu d'un système à température et pression constantes.
L'énergie « utile » disponible à partir d'une réaction. Une valeur négative indique un processus spontané.
Term
Variation d'enthalpie. Représente la chaleur absorbée ou libérée par un système à pression constante.
Les réactions exothermiques (variation H négative) libèrent de la chaleur et ont tendance à favoriser la spontanéité.
Term
Température absolue, généralement en Kelvin.
Pondère l'importance du terme d'entropie. Des températures plus élevées amplifient l'effet de l'entropie sur la spontanéité.
Term
Variation d'entropie. Une mesure de la dispersion de l'énergie ou du désordre au sein d'un système.
Les réactions qui augmentent le désordre (variation S positive) ont tendance à favoriser la spontanéité.

Signs and relationships

  • -TΔ S: Le signe négatif indique qu'une augmentation de l'entropie (variation S positive) rend G plus négatif, favorisant ainsi la spontanéité. Ce terme représente l'énergie « perdue » pour augmenter le désordre, qui est indisponible pour

Free study cues

Insight

Canonical usage

Cette équation relie des quantités énergétiques (énergie libre de Gibbs, enthalpie) et l'entropie à une température donnée, en utilisant typiquement les unités SI pour la cohérence.

Ballpark figures

  • Quantity:

One free problem

Practice Problem

Une réaction a ΔH = -180 kJ/mol et ΔS = -0.15 kJ/(mol·K). Calculez ΔG à T = 500 K. La réaction est-elle spontanée à cette température ?

Hint: ΔG = ΔH - TΔS. Conservez toutes les unités en kJ/mol.

The full worked solution stays in the interactive walkthrough.

Where it shows up

Real-World Context

Dans le contexte de Déterminer si une réaction est possible à une température donnée, Énergie libre de Gibbs sert à transformer les mesures en une valeur interprétable. Le résultat est important parce qu'il aide à relier les quantités mesurées à la concentration, au rendement, au changement d'énergie, à la vitesse de réaction ou à l'équilibre.

Study smarter

Tips

  • Convertissez toujours la température en Kelvin en ajoutant 273.15 à la valeur en degrés Celsius.
  • Vérifiez que les unités de l'enthalpie (généralement kJ) et de l'entropie (généralement J/K) sont cohérentes en divisant l'entropie par 1000.
  • Un ΔG négatif indique un processus spontané, tandis qu'un ΔG positif indique un processus non spontané.
  • Lorsque ΔG est égal à zéro, le système a atteint l'équilibre chimique.

Avoid these traps

Common Mistakes

  • Mélanger kJ et J
  • Utiliser les degrés Celsius au lieu des Kelvin.

Common questions

Frequently Asked Questions

Prédit la faisabilité d'un processus à température et pression constantes en utilisant les variations d'enthalpie et d'entropie.

Utilisez cette équation pour prédire la spontanéité des réactions chimiques ou des changements d'état dans des conditions de température et de pression constantes. Elle est particulièrement utile pour déterminer la température à laquelle une réaction passe d'un état non spontané à un état spontané.

Cette formule est la base de l'énergétique chimique, permettant aux scientifiques de calculer les constantes d'équilibre et de concevoir des procédés chimiques industriels. En biologie, elle explique comment les cellules couplent des réactions défavorables à des réactions favorables pour alimenter les voies métaboliques essentielles à la vie.

Mélanger kJ et J Utiliser les degrés Celsius au lieu des Kelvin.

Dans le contexte de Déterminer si une réaction est possible à une température donnée, Énergie libre de Gibbs sert à transformer les mesures en une valeur interprétable. Le résultat est important parce qu'il aide à relier les quantités mesurées à la concentration, au rendement, au changement d'énergie, à la vitesse de réaction ou à l'équilibre.

Convertissez toujours la température en Kelvin en ajoutant 273.15 à la valeur en degrés Celsius. Vérifiez que les unités de l'enthalpie (généralement kJ) et de l'entropie (généralement J/K) sont cohérentes en divisant l'entropie par 1000. Un ΔG négatif indique un processus spontané, tandis qu'un ΔG positif indique un processus non spontané. Lorsque ΔG est égal à zéro, le système a atteint l'équilibre chimique.

References

Sources

  1. Atkins' Physical Chemistry
  2. IUPAC Gold Book: Gibbs energy
  3. Wikipedia: Gibbs free energy
  4. IUPAC Gold Book: Enthalpy
  5. IUPAC Gold Book: Entropy
  6. Callen, Herbert B. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics
  7. Callen's Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics
  8. IUPAC Gold Book: Gibbs Free Energy