Apa yang dimaksud dengan Energi bebas Gibbs

Dipublikasikan oleh Muhammad Ilham Maulana

20 Februari 2024, 11.22

Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/Carnot_heat_engine

Dalam termodinamika, energi bebas Gibbs, dilambangkan dengan G, adalah konsep dasar yang digunakan untuk menentukan jumlah kerja maksimum, selain kerja tekanan-volume, yang dapat dilakukan oleh sistem tertutup secara termodinamika pada kondisi suhu dan tekanan konstan. Ini berfungsi sebagai faktor penting dalam menganalisis proses seperti reaksi kimia yang mungkin terjadi dalam batasan tersebut. Persamaan energi bebas Gibbs dinyatakan sebagai:

G(p,T) = U + pV - TS = H - TS

Dimana p melambangkan tekanan, T adalah suhu, U adalah energi dalam, V adalah volume, H adalah entalpi, dan S adalah entropi.

Perubahan energi bebas Gibbs (ΔG) adalah ukuran usaha muai non-volume maksimum yang dapat dicapai dari sistem tertutup pada suhu dan tekanan konstan. Perubahan ini dinyatakan sebagai ΔG = ΔH - TΔS dan menunjukkan usaha yang dilakukan sistem terhadap lingkungannya dalam proses reversibel. Energi bebas Gibbs diminimalkan pada kesetimbangan kimia di bawah kondisi tekanan dan suhu konstan, menandakan spontanitas dalam reaksi yang tidak didorong oleh tegangan eksternal.

Konsep energi bebas Gibbs, awalnya disebut energi tersedia, dirumuskan oleh ilmuwan Amerika Josiah Willard Gibbs pada tahun 1870an. Gibbs menggambarkannya sebagai kerja mekanis maksimum yang dapat diperoleh dari suatu zat tanpa mengubah volumenya atau menukar panas dengan benda luar. Karya komprehensifnya tentang energi bebas bahan kimia, yang diuraikan dalam karya penting "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances," memberikan wawasan tentang sistem kimia multi-fase dan keseimbangannya. Dalam kondisi termodinamika standar, perubahan energi bebas Gibbs ditentukan oleh ΔG° = ΔH° - TΔS°, dengan H mewakili entalpi, T adalah suhu absolut, dan S adalah entropi.

Ikhtisar dari Energi bebas Gibbs

Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa sistem yang bereaksi pada suhu dan tekanan konstan cenderung meminimalkan energi bebas Gibbsnya. Prinsip ini diukur dengan perubahan energi bebas Gibbs (ΔG), yang menentukan kesukaan suatu reaksi dalam kondisi seperti itu. ΔG harus bernilai negatif agar reaksi dapat terjadi secara spontan pada suhu dan tekanan konstan, yang menunjukkan jumlah maksimum kerja non-volume-tekanan (non-pV) yang dapat dilakukan.

ΔG mewakili energi "bebas" atau "berguna" yang tersedia untuk kerja non-pV dalam suatu sistem pada suhu dan tekanan konstan. Konsep ini juga dapat dipahami dalam kaitannya dengan perubahan entropi total alam semesta, dimana ΔG negatif menandakan proses eksergonik dengan perubahan entropi total nol atau positif.

Dengan menggabungkan reaksi kimia, dimungkinkan untuk mendorong terjadinya reaksi endergonik (yang memiliki ΔG positif). Penggabungan ini melibatkan penyediaan panas atau energi ke sistem, seperti melalui pembakaran batu bara, untuk meningkatkan perubahan entropi total alam semesta dan membuat perubahan energi bebas Gibbs secara keseluruhan menjadi negatif.

Awalnya, istilah "bebas" dalam "energi bebas Gibbs" mengacu pada energi yang tersedia untuk pekerjaan yang bermanfaat. Namun, penggunaan modern sering kali menghilangkan kata "gratis", hanya menyebutnya sebagai "energi Gibbs". Perubahan ini mencerminkan rekomendasi Persatuan Internasional Kimia Murni dan Terapan (IUPAC) untuk membakukan terminologi dalam komunitas ilmiah, meskipun rekomendasi ini belum diadopsi secara universal.

Disadur dari: https://en.wikipedia.org/wiki/Gibbs_free_energy