DucklingStudyDucklingStudy
Đăng nhậpSign in

AP Chemistry

biến thiên năng lượng tự do GibbsGibbs free energy change (ΔG°)

Gibbs free energy change (ΔG°)Vietnamese: biến thiên năng lượng tự do Gibbs

Còn gọi:Also called: ΔG° · delta G · năng lượng tự do Gibbs · Gibbs free energy · biến thiên năng lượng Gibbs chuẩn

Hình minh hoạ khái niệm biến thiên năng lượng tự do Gibbs

Biến thiên năng lượng tự do Gibbs là đại lượng cho biết một quá trình có tự diễn biến ở nhiệt độ và áp suất không đổi hay không.The Gibbs free energy change tells you whether a process is thermodynamically favorable at constant temperature and pressure.

Trực giác: Một viên bi tự lăn xuống dốc vì trọng trường kéo nó về nơi thấp hơn; ΔG° đóng vai trò như 'độ dốc' nhiệt động, cho biết hệ đang ở sườn dốc hướng xuống (âm) hay sườn dốc hướng lên (dương).Intuition: A marble rolls downhill on its own because gravity pulls it toward lower ground. ΔG° acts like the thermodynamic "slope," showing whether the system sits on a downhill grade (negative) or an uphill one (positive).

Công thức chínhKey formula

ΔG∘=ΔH∘−TΔS∘\Delta G^\circ = \Delta H^\circ - T\Delta S^\circ
Định nghĩa đầy đủFull definition1 phút đọc1 min read

Biến thiên năng lượng tự do Gibbs, ký hiệu ΔG°, gộp biến thiên entanpi chuẩn và entropi chuẩn để dự đoán chiều thuận lợi về nhiệt động ở nhiệt độ, áp suất không đổi và điều kiện chuẩn. ΔG° < 0 cho thấy chiều thuận thuận lợi; ΔG° > 0 cho thấy chiều thuận không thuận lợi. Ở cân bằng thực tế, ΔG = 0; ΔG° chỉ bằng 0 khi K = 1. Đại lượng này không cho biết tốc độ phản ứng.

The Gibbs free energy change, written ΔG°, combines the standard enthalpy change and the standard entropy change to predict which direction is thermodynamically favored at constant temperature and pressure under standard conditions. A negative ΔG° means the forward direction is favored; a positive ΔG° means it is not. At actual equilibrium ΔG = 0, while ΔG° equals zero only when K = 1. This quantity says nothing about how fast a reaction goes.

Ký hiệuNotation
ΔG∘\Delta G^\circ, ΔH∘\Delta H^\circ, ΔS∘\Delta S^\circ, KK, Ecell∘E^\circ_{\text{cell}}
ΔG∘\Delta G^\circ, ΔH∘\Delta H^\circ, ΔS∘\Delta S^\circ, KK, Ecell∘E^\circ_{\text{cell}}
Đơn vịUnitsJ hoặc kJ (thường dùng kJ/mol trong bảng nhiệt động)J or kJ (kJ/mol is typically used in thermodynamic tables)
Công thức chi tiếtFormula details5 công thức5 formulas
ΔG∘=ΔH∘−TΔS∘\Delta G^\circ = \htmlClass{fp-2}{\htmlClass{fp-0}{\Delta H^\circ} - \htmlClass{fp-1}{T\Delta S^\circ}}
ΔG∘=ΔH∘−TΔS∘\Delta G^\circ = \htmlClass{fp-2}{\htmlClass{fp-0}{\Delta H^\circ} - \htmlClass{fp-1}{T\Delta S^\circ}}

Dùng khi biết ΔH° và ΔS° để xét tính thuận lợi theo nhiệt độ hoặc tìm nhiệt độ ngưỡng; phải thống nhất đơn vị.Use this when ΔH° and ΔS° are known, either to judge favorability as a function of temperature or to find the threshold temperature; keep the units consistent.

Trong đóWhere

ΔG∘\Delta G^\circbiến thiên năng lượng tự do Gibbs ở điều kiện chuẩn — kJ/molstandard Gibbs free energy change — kJ/molΔH∘\Delta H^\circbiến thiên entanpi chuẩn (standard enthalpy change) — kJ/molstandard enthalpy change — kJ/molΔS∘\Delta S^\circbiến thiên entropy chuẩn (standard entropy change) — J/(mol·K)standard entropy change — J/(mol·K)TTnhiệt độ tuyệt đối — Kabsolute temperature — K
ΔG∘=−RTln⁡K\Delta G^\circ = -RT\ln K

Dùng để suy K từ ΔG° hoặc ngược lại, qua đó xác định cân bằng nghiêng về sản phẩm hay chất phản ứng.Use this to get K from ΔG° or ΔG° from K, which tells you whether equilibrium lies toward products or reactants.

Trong đóWhere

RRhằng số khí lý tưởng, 8,3148{,}314 J/(mol·K) — J/(mol·K)ideal gas constant, 8.3148.314 J/(mol·K) — J/(mol·K)TTnhiệt độ tuyệt đối — Kabsolute temperature — KKKhằng số cân bằng, không thứ nguyênequilibrium constant (dimensionless)
ΔG=ΔG∘+RTln⁡Q\Delta G = \Delta G^\circ + RT\ln Q

Dùng khi hệ không ở điều kiện chuẩn; tại cân bằng, Q = K và ΔG = 0.Use this when the system is not at standard conditions; at equilibrium, Q = K and ΔG = 0.

Trong đóWhere

ΔG\Delta Gbiến thiên năng lượng tự do ở điều kiện tức thời — kJ/molfree energy change under nonstandard (instantaneous) conditions — kJ/molQQthương số phản ứng, không thứ nguyênreaction quotient (dimensionless)
ΔG∘=−nFE∘\Delta G^\circ = -nFE^\circ

Dùng cho pin điện hóa khi biết thế điện cực chuẩn; E° > 0 tương ứng ΔG° < 0.Use this for electrochemical cells when standard electrode potentials are known; E° > 0 corresponds to ΔG° < 0.

Trong đóWhere

nnsố mol electron trao đổi trong phương trình đã cân bằng — molmoles of electrons transferred in the balanced equation — molFFhằng số Faraday, 96 48596\,485 C/mol — C/molFaraday constant, 96 48596\,485 C/mol — C/molE∘E^\circsuất điện động chuẩn của pin — Vstandard cell potential — V
ΔGrxn∘=∑n ΔGf∘(products)−∑m ΔGf∘(reactants)\Delta G^\circ_{rxn} = \sum n\,\Delta G^\circ_f(\text{products}) - \sum m\,\Delta G^\circ_f(\text{reactants})

Dùng bảng năng lượng tự do tạo thành chuẩn; lấy hệ số từ phương trình cân bằng; đơn chất bền nhất có giá trị 0.Use a table of standard free energies of formation, taking the coefficients from the balanced equation; the most stable form of an element has a value of 0.

Trong đóWhere

ΔGf∘\Delta G^\circ_fnăng lượng tự do tạo thành chuẩn của một chất — kJ/molstandard free energy of formation of a substance — kJ/moln,mn, mhệ số tỉ lượng của sản phẩm và chất phản ứngstoichiometric coefficients of the products and reactants
Hay hiểu saiCommon misconceptions3 ý · 1 phút đọc3 points · 1 min read

ΔG° âm không có nghĩa phản ứng xảy ra nhanh.

Dấu này chỉ cho biết phản ứng thuận lợi về nhiệt động trong điều kiện chuẩn; tốc độ còn phụ thuộc rào năng lượng hoạt hóa.

Ở cân bằng, ΔG bằng 0; ΔG° không nhất thiết bằng 0.

Khi Q = K, ΔG = 0 và ΔG° = −RT ln K. Chỉ khi K = 1 thì ΔG° = 0.

Thuận lợi về nhiệt động không đồng nghĩa tỏa nhiệt.

ΔG° còn phụ thuộc ΔS° và nhiệt độ. Quá trình thu nhiệt vẫn có thể có ΔG° < 0 nếu entropi tăng đủ nhiều.

A negative ΔG° does not mean the reaction is fast.

The sign only shows that the reaction is thermodynamically favorable under standard conditions; the rate still depends on the activation energy barrier.

At equilibrium ΔG is zero, but ΔG° need not be.

When Q = K, ΔG = 0 and ΔG° = −RT ln K. Only when K = 1 does ΔG° = 0.

Thermodynamically favorable is not the same as exothermic.

ΔG° also depends on ΔS° and temperature, so an endothermic process can still have ΔG° < 0 if the entropy increase is large enough.

Mẹo phòng thiExam tips2 mẹo2 tips

Tìm nhiệt độ ngưỡng bằng cách đặt ΔG° = 0.

Sau khi giải T = ΔH°/ΔS° với đơn vị thống nhất, kết luận: nếu ΔH° và ΔS° cùng dương, thuận lợi ở nhiệt độ cao; nếu cùng âm, thuận lợi ở nhiệt độ thấp.

Nhớ quy tắc dấu giữa ΔG° và K.

Từ ΔG° = −RT ln K: K > 1 thì ΔG° âm; K = 1 thì bằng 0; K < 1 thì dương.

Find the threshold temperature by setting ΔG° = 0.

Solve T = ΔH°/ΔS° with consistent units, then interpret: if ΔH° and ΔS° are both positive, the reaction is favorable at high temperature; if both are negative, it is favorable at low temperature.

Memorize how the sign of ΔG° tracks K.

From ΔG° = −RT ln K, K > 1 gives a negative ΔG°, K = 1 gives zero, and K < 1 gives a positive value.

Tần suất trong đề AP ChemistryHow often it shows up on AP ChemistryThường xuyênVery common
Khái niệm này sinh ra từ đâuWhere the concept comes from1 phút đọc1 min read

thập niên 1870Josiah Willard GibbsHermann von HelmholtzRudolf ClausiusJames Clerk Maxwell

Trong thập niên 1870, Josiah Willard Gibbs xây dựng khái niệm để xác định phần năng lượng có thể chuyển thành công và dự đoán chiều quá trình.
In the 1870s, Josiah Willard Gibbs developed the concept to identify the portion of energy available to do work and to predict the direction of a process.

Vì sao mang đúng cái tên này? Tên gọi gồm hai phần có nguồn gốc khác nhau, và điều đó giải thích vì sao nó nghe khá lạ tai. Phần "Gibbs" là tên người: ký hiệu GG được đặt theo Josiah Willard Gibbs, người đã định nghĩa hàm số này trong các bài báo lý thuyết mang tính nền tảng cuối thập niên 1870. Phần "free" thì không phải của Gibbs — chính Hermann von Helmholtz mới là người đưa ra cụm "năng lượng tự do" (free energy) khi xây dựng đại lượng A=U−TSA = U - TS cho các quá trình đẳng nhiệt. Bản thân Gibbs gọi đại lượng của mình là "năng lượng khả dụng", và ngày nay hai cách gọi được xem là đồng nghĩa. Chữ "tự do" ở đây không có nghĩa là miễn phí mà là phần năng lượng được "giải phóng" khỏi ràng buộc của entropy, tức phần còn lại sau khi trừ đi TSTS và do đó thực sự dùng được để sinh công hữu ích. Cuối cùng, ký hiệu Δ\Delta nhấn mạnh rằng đại lượng có ý nghĩa vật lý là độ biến thiên chứ không phải giá trị tuyệt đối, đúng như quan điểm ban đầu của Gibbs.

Nguồn đối chiếuSources

Thử nghiệm tương tácInteractive explorer

Kéo ΔH° và ΔS° — nhìn đường ΔG° cắt trục số 0 chạy đi đâu

Kéo ΔH° và ΔS° — nhìn đường ΔG° cắt trục số 0 chạy đi đâu

Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — đăng nhập để mở.Drag the parameters and watch the concept move — sign in to open.

Tạo tài khoảnCreate an account

Bạn nắm chắc chưa?Check your understanding

Quiz câu thật từ ngân hàng đềReal exam questions from our question bank

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.A few real questions on exactly this concept, graded instantly with an explanation for every choice — the system remembers how well you know it.

Tạo tài khoảnCreate an account

Học tiếp từ đâyKeep learning

Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termNăng lượng tự do Gibbs và tính tự diễn biến nhiệt độngỨng dụng nhiệt động · khoácourse AP Chemistry
Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termNăng lượng tự do và cân bằngỨng dụng nhiệt động · khoácourse AP Chemistry
Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termThế điện cực pin và năng lượng tự doỨng dụng nhiệt động · khoácourse AP Chemistry
Cần trướcLearn firstbiến thiên enthalpyenthalpy change
Dẫn tớiLeads topin galvanigalvanic cell
Liên quanRelatedbiến thiên entropy (ΔS°)entropy changehằng số cân bằngkeq
Mục tiêu và lộ trình unit ai cũng xem được — làm bài tập và lưu tiến độ thì cần đăng nhập.Anyone can view a unit's goals and roadmap — sign in to do the exercises and save your progress.

Hay nhầm vớiOften confused with

enthalpy phản ứng (enthalpy of reaction)enthalpy of reaction
Khác nhau ở đâuHow they differΔH° chỉ đo nhiệt trao đổi ở áp suất không đổi, không xét đến entropy. ΔG° kết hợp cả ΔH° và ΔS° để xác định tính tự phát của quá trình.
Hay nhầm khiMixed up whenKhi đề hỏi phản ứng có tự xảy ra không nhưng chỉ cho thông tin về nhiệt phản ứng

Cùng chủ đềSame topic

Biên soạn bởi DucklingStudy, bản quyền thuộc DucklingStudy.Written by DucklingStudy. © DucklingStudy. Xuất bảnPublished .