일반화학 자유 에너지(G)랑 에너지(E)의 차이가 뭔지 궁금합니다

Question

일반화학 공부하면서 "평형"이란 "system이 도달할 수 있는 가장 에너지가 낮은 상태"라고 배웠는데요.

열역학 배우면서 "system이 도달할 수 있는 가장 에너지가 낮은 상태"의 "에너지"가 "자유 에너지"를 의미하는 거라고 하더라구요

제가 알고 있는 에너지는 E고 자유 에너지는 G로, 서로 다른 개념으로 알고 있었는데요

그래서

"system이 도달할 수 있는 가장 에너지가 낮은 상태"의 "에너지"가 E라고 알고 있었는데 "자유 에너지", 즉 G를 의미한다고 하니까 혼돈이 돼서요..

일반화학에서 나오는 에너지는 자유 에너지인 G를 의미하는 건가요??

그게 아니라면

"system이 도달할 수 있는 가장 에너지가 낮은 상태"에서 나오는 "에너지"가 왜 "자유 에너지"를 의미하는 건지 알려주세요....!!

Answer 1

안녕하세요.

에너지(E)

일반적으로 에너지(E)라고 언급될 때, 이는 시스템의 총 에너지를 의미합니다. 이는 주로 내부에너지(U)로 불리며, 시스템의 온도, 부피 및 분자 구조 등에 의해 결정되는 에너지의 총합입니다. 내부에너지는 시스템이 가지고 있는 모든 에너지 형태를 포함하며, 주로 열적, 기계적, 화학적 에너지 등을 포함합니다.

자유 에너지(G)

반면에 자유 에너지(G), 특히 기브스 자유 에너지는 시스템이 일을 할 수 있는 능력을 나타내는 에너지입니다. 기브스 자유 에너지는 특정 온도와 압력 하에서 시스템이 외부로 일을 할 수 있는 최대의 유용한 에너지를 의미합니다. 기브스 자유 에너지의 변화량(ΔG)은 반응이 자발적으로 일어날 수 있는지 여부를 결정하는 주요 지표입니다. ΔG가 음수인 경우, 반응은 자발적으로 일어납니다.

에너지와 자유 에너지의 관계

시스템이 도달할 수 있는 가장 에너지가 낮은 상태라는 표현은 자발적인 반응의 결과로 도달할 수 있는 상태를 가리킵니다. 열역학적 관점에서, 이는 시스템의 자유 에너지(G)가 최소화된 상태를 의미합니다. 반응이 진행될수록, 시스템의 기브스 자유 에너지는 감소하며, 평형 상태에 도달했을 때 가장 낮은 값을 갖습니다. 따라서, 평형에서 시스템이 도달할 수 있는 가장 낮은 에너지 상태는 실제로 가장 낮은 자유 에너지 상태를 의미합니다.
즉, 평형에서 이야기하는 에너지는 전통적인 총 에너지(E)가 아니라, 조건에 따라 변화할 수 있는 자유에너지(G)를 지칭합니다. 이는 시스템이 외부와의 에너지 교환 없이 자발적으로 도달할 수 있는 에너지 상태를 말하며, 이는 곧 반응이 평형에 이를 때 최소화되는 기브스 자유 에너지를 의미합니다.