GibbsEnergien

Gibbsenergie, auch Gibbsche Energie oder Gibbsenergie genannt, ist in der Thermodynamik eine Zustandsgröße, die den maximalen nützlichen Arbeitspotenzial eines Systems bei konstantem Temperatur- und Druckumfeld beschreibt. Sie lässt sich definieren als G = H − TS = U + pV − TS, wobei H die Enthalpie, U die innere Energie, T die Temperatur, S die Entropie, p den Druck und V das Volumen bezeichnet. Die Gibbsenergie hängt von Temperatur, Druck und der Zusammensetzung des Systems ab.

Die differentielle Form lautet dG = −S dT + V dP + ∑i μi dNi, wobei μi das molare Gibbs- oder chemische Potential des Stoffes i ist. Für ideale Mischungen gilt μi = μi°(T, p) + RT ln ai; bei idealen Gasen entspricht μi = μi°(T) + RT ln pi/ p°. Für eine chemische Reaktion mit dem Reaktionsfortschritt ξ gilt dG = ΔrG dξ, wobei ΔrG die Gibbs-Reaktionsenergie ist. Im Gleichgewicht ist ΔrG = 0. Unter Standardbedingungen gilt ΔG° = −RT ln K, wobei K die Gleichgewichtskonstante ist.

Gibbsenergie indikiert die spontane Richtung von Prozessen bei konstantem T und p: Prozesse laufen so, dass G abnimmt (ΔG ≤ 0), und der Zustand mit dem kleinsten G ist stabil. Die Gibbsenergie liefert damit die zentrale Gleichung für Reaktionen und Phasenübergänge und verbindet chemische Potenziale mit dem Gleichgewichtszustand.

Anwendungen finden sich in der Chemie, Thermodynamik von Phasen, Lösungen und Reaktionskinetik. Die Größe dient zur Bewertung von Reaktionen, Mischungen und Phasenwechseln und gibt Auskunft darüber, ob und in welcher Richtung Arbeit genutzt oder abgegeben werden kann.