Energia swobodna reakcji

Energia swobodna reakcji (${\displaystyle \Delta f}$ lub ${\displaystyle \Delta F}$ ^[a]) – funkcja termodynamiczna reakcji chemicznej, zmiana energii swobodnej Helmholtza układu, która jest potencjałem termodynamicznym w przypadku ${\displaystyle T,v=\mathrm {const} }$ (potencjał izotermiczno-izochoryczny), spowodowana przebiegiem reakcji chemicznej, odniesiona do liczby postępu reakcji równej jeden^[2][3].

Liczba postępu reakcji ${\displaystyle (\lambda ),}$ została zdefiniowana przez Théophila de Dondera w 1920 roku jako^[2]:

${\displaystyle \lambda ={\frac {n_{zi}}{\nu _{i}}}.}$

Wartość ${\displaystyle \lambda =1,}$ gdy liczby moli ${\displaystyle (n_{zi})}$ powstałych produktów oraz liczby moli zużytych substratów są równe odpowiednim współczynnikom stechiometrycznym ${\displaystyle (\nu _{i})}$ w równaniu reakcji.

Energią swobodną reakcji chemicznej jest pochodna cząstkowa energii swobodnej układu, czyli np. funkcji ${\displaystyle f=f(v,T,\lambda ),}$ obliczona względem liczby postępu reakcji:

${\displaystyle \Delta f_{v,T}=\left({\frac {\partial f}{\partial \lambda }}\right)_{v,T}.}$

Energię swobodną reakcji wyraża się również poprzez wielkości cząstkowych molowych energii swobodnych poszczególnych reagentów ${\displaystyle (F_{i}){:}}$

${\displaystyle F_{i,v,T}=\left({\frac {\partial f}{\partial n_{i}}}\right)_{v,T,n_{j}\neq i}.}$

Energia swobodna układu termodynamicznego, złożonego z ${\displaystyle k}$ składników wynosi:

${\displaystyle f=\Sigma \ n_{i}F_{i}=f(T,v,n_{1},n_{2},n_{3},\dots ,n_{k}).}$

Energię swobodną reakcji chemicznej oblicza się jako różnicę między sumą ilorazów ${\displaystyle \Sigma \ n_{i}F_{i}}$ dla jej produktów i dla substratów^[2][3].

${\displaystyle \Delta f=\sum {n_{i,prod}F_{i,prod}}-\sum {n_{i,subs}F_{i,subs}}.}$

Zmiana energii swobodnej jest równa maksymalnej pracy, jaką może wykonać układ, w którym zachodzi reakcja.