G delta(G) delta(G)-noll

Om G för ett ämne är negativ, vad innebär det?

Om G för ett ämne är positiv, vad innebär det?

Om G för ett ämne är noll, vad innebär det?

Man kan inte mäta G, så frågorna är irrelevanta och saknar mening. Man kan bara mäta och resonera kring ändringar i G, dvs ΔG.

Om delta(G) < 0 = ?

Om delta(G) > 0 = ?

Om delta(G) = 0 = ?

Fall 1: Reaktionen sker spontant från vänster till höger.
Fall 2: Reaktionen sker spontant från höger till vänster.
Fall 3: Reaktionen befinner sig i jämvikt (går åt båda håll lika fort).

Om delta(G)O < 0 = ?

Om delta(G)O > 0 = ?

Om delta(G)O =0 = ?

I alla dessa fall gäller samma sak som i föregående fråga med skillnaden att de är beräknade vid standardtillstånd, vilket nästan alltid handlar om 1 mol/dm3, oändlig utspädning (ja det är motsägelsefullt), 1 bar tryck, 25 grader Celsius. Det finns dock olika standardtillstånd. Vitsen är att du kan använda dessa värden för att beräkna ΔG vid några andra förutsättningar, typ 800 grader och 40 kPa tryck.

Vad jag inte är med på är - som första sak - kopplingen mellan spontanitet och G - då för mig är spontanitet något som har med delta(G) (eller är det delta(G)O ? ) att göra?

Den som skrev texten har slarvat med beteckningarna och menar egentligen:

$\Delta G=\Delta H-T\Delta S$

En process kan bara ske om $\Delta G<0$. Partiklarna i det fasta ämnet binder ju till varandra, så om du försöker bryta dessa bindningar och skapa en defekt (t.ex. en vakans, dvs att det saknas en partikel i strukturen) kommer det att krävas energi. Med andra ord gäller att $\Delta H>0$. Eftersom vi mäter $T$ i kelvin och befinner oss ovanför absoluta nollpunkten gäller att $T>0$. Om det nu gäller att $\Delta S<0$ innebär det att $\Delta G>0$ oavsett värdena vi stoppar in. Om det däremot gäller att $\Delta S>0$ och att $\Delta S$ och $T$ är tillräckligt stora så kan vi få att $\Delta G<0$ även fast $\Delta H>0$.

Man kan faktiskt bevisa att en kristall alltid måste ha fler än 0 defekter ovanför absoluta nollpunkten. Det kallas för termodynamikens tredje huvudsats. Det enklaste sättet att inse det är nog att använda entropi-definitionen som används inom statistisk mekanik. Den säger att entalpin hos ett system är proportionell mot (logaritmen av) antalet tillstånd systemet kan inta.

Det sista kan låta luddigt, men föreställ dig att du har en kortlek. På hur många sätt kan man ordna en kortlek? Ett sätt. Om du nu delar kortleken i två halvor - hur många sätt kan du då ordna kortleken? Två sätt - den ena halvan till höger och den andra till vänster eller tvärt om. Ju fler delar, desto fler sätt att ordna dem. Enligt statistisk mekanik har ett system med många kort högre entropi än ett system med få kort.

Om vi istället pratar om kristaller så kan man bara ordna en perfekt kristall på ett enda sätt. Även om du kastar om alla partiklar i kristallen skulle du inte kunna se någon skillnad. Om man har en defekt så går det att ordna kristallen på flera olika sätt eftersom defekten kan finnas på olika platser. En kristall med flera defekter går att skapa på ännu fler sätt. En kristall med många defekter har alltså högre entropi, eller annorlunda uttryckt: Om du ökar antalet defekter kommer du att öka entropin, dvs $\Delta S>0$. Det går alltså att skapa defekter spontant.

En följdfråga är varför inte kristallen vittrar sönder helt och hållet eftersom det alltid är en spontan process att skapa fler defekter. Då gäller det att komma ihåg att entropi, entalpi, Gibbs fria energi och andra termodynamiska begrepp bara kan beskriva vad som kommer att hända efter att oändlig tid har passerat. Det kan ta tusentals miljarder år att skapa en defekt eller så sker det imorgon. En diamant är t.ex. inte termodynamiskt stabil utan sönderfaller till grafit, men det tar så fruktansvärt lång tid att man inte märker av det.