열역학 깁스 자유 에너지의 재미난 설명

누군가가 설명한 건데 머리에 잘 들어오고 오랫동안 기억에 남아

여기에 실어봅니다.

화학시간에 참 어렵게 느꼈던 부분이었는데

이 설명을 듣고는 이해가 되더라구요.

ΔG=ΔH−TΔS

델타G = 델타H - T * 델타S라는 식을 통해 자발적인 반응이 언제 일어나는지 설명할 수 있어요.

이 식에서 G가 음수일 때 반응이 자발적으로 일어난답니다.

예를 들어, 여러분이 자발적으로 자기 방 청소를 하는 경우를 생각해 봅시다.

이때의 S(무질서도)는 방이 얼마나 어지럽혀져 있는지를 나타내요.

방이 어지럽혀져 있을수록 무질서도는 높아지겠죠.

T는 긴급한 상황을 의미해요. 예를 들어 친척이 방문한다는 상황처럼요.

H는 여러분의 인내심을 나타내는데, 인내심이 많을수록 방이 어질러져 있어도 괜찮다고 느낄 수 있어요.

그래서 만약 S(무질서도)가 높고, T(긴급한 상황)도 높아서

이 값이 여러분의 인내심(H)보다 크면, 여러분은 자발적으로 방 청소를 시작할 거예요. 아무도 시키지 않아도요.

이를 식으로 표현하면: 델타G = 델타H - T * 델타S < 0

즉, 무질서도가 높고 긴급한 상황의 정도가 인내심보다 커서 델타G가 음수가 되면 자발적으로 방을 청소하게 됩니다.

반대로, G가 양수이면 자발적으로 반응하지 않아요.

예를 들어 방이 그렇게 어지럽지 않고(S가 작고), 긴급한 상황(T)도 없어서

이 값이 여러분의 인내심(H)보다 적으면, '굳이 이 정도면 깨끗한데 청소를 왜 해'라고 생각하게 될 거예요.

이런 경우에는 외부에서 청소하라는 압력이 필요할 수도 있겠죠.

예를 들어 엄마가 청소하라고 하시는 것처럼요.

이를 식으로 표현하면: 델타G = 델타H - T * 델타S > 0

즉, 무질서도가 낮고 긴급한 상황도 없어서 델타G가 양수가 되면 자발적으로 청소하지 않게 됩니다.

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또다른 비유는

1. 탐험가가 된 델타 G:

탐험가 델타 G는 미지의 땅을 탐험하는 모험을 떠납니다.
델타 G가 가는 길은 두 가지입니다. 하나는 험난하고 울창한 숲 (엔탈피, H)이고, 다른 하나는 넓고 햇살이 잘 드는 초원 (엔트로피, S)입니다.
델타 G는 탐험을 위해 많은 에너지 (H)를 가지고 있지만, 험난한 숲을 탐험하는 것은 힘들고 위험합니다. 반면에 초원은 탐험하기 쉽지만, 탐험할 가치가 적습니다.
델타 G는 두 길 중 어느 길을 택할지 고민합니다. 이때, 델타 G는 **'자유 에너지'**라는 특별한 능력을 가지고 있습니다.
자유 에너지는 델타 G가 얼마나 쉽게 탐험을 완료할 수 있는지를 나타냅니다.
델타 G는 다음과 같은 계산을 통해 자신의 자유 에너지를 계산합니다.

자유 에너지 (ΔG) = 엔탈피 (ΔH) - 온도 (T) × 엔트로피 (ΔS)

2. 탐험 성공 조건:

델타 G가 음수이면 탐험이 성공적으로 완료됩니다.
- 탐험가 델타 G는 충분한 에너지 (ΔH)를 가지고 있으며, 탐험하기 쉬운 길 (ΔS)을 선택하기 때문에 탐험을 쉽게 완료할 수 있습니다.
- 이는 마치 자연스럽게 일어나는 반응과 같습니다. 예를 들어, 촛불이 타는 것, 음식이 소화되는 것, 물이 얼음에서 액체로 변하는 것 등이 이에 속합니다.
델타 G가 양수이면 탐험을 완료하기 어렵습니다.
- 탐험가 델타 G는 충분한 에너지 (ΔH)를 가지고 있지 않거나, 탐험하기 힘든 길 (ΔS)을 선택해야 하기 때문입니다.
- 이는 마치 인위적으로 일어나는 반응과 같습니다. 예를 들어, 음식을 조리하는 것, 철판을 녹이는 것, 화산이 폭발하는 것 등이 이에 속합니다. 이러한 반응들은 외부로부터 에너지를 공급받거나, 압력을 가해주어야 일어납니다.

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