جيبس الطاقة الحرة. مفهوم جيبس ​​للطاقة الحرة

في الحياة اليومية وفي المختبرات ، هناك ردود فعل وتحولات عفوية وأخرى غير عفوية. على سبيل المثال ، كل الاحتراق هو رد فعل تلقائي ، لأنه بمجرد أن يبدأ ، فإنه سيستمر حتى يتم استهلاك كل الوقود أو حتى نفاد كل الأكسجين.

من ناحية أخرى ، فإن التحليل الكهربائي هو عملية غير تلقائية ، يتم فيها تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية. مثال على ذلك هو التحليل الكهربائي لكلوريد الصوديوم (NaCl). عندما يتم تمرير تيار كهربائي فوق هذا الملح المصهور ، هناك تفاعلات أكسدة واختزال وتشكيل الصوديوم المعدني (Na_(س)) وغاز الكلور (Cl_{2 (ز)}). إذا توقفنا عن تشغيل التيار الكهربائي ، فلن يستمر التفاعل من تلقاء نفسه ، مما يدل على أنه ليس تلقائيًا.

يمكن قياس عفوية التفاعل باستخدام معادلة جيبس ​​هيلمهولتز، المعطى أدناه:

على ماذا:

∆G = تباين في الطاقة الحرة ؛
∆H = تغيير المحتوى الحراري ؛
T = درجة الحرارة بالكلفن (موجبة دائمًا) ؛
∆S = تغيير الكون.

تأخذ هذه المعادلة اسمها لأنها اقترحها الفيزيائي الأمريكي ج. ويلارد جيبس ​​(1839-1903) والفيزيائي الألماني هيرمان هيلمهولتز (1821-1894).

لفهم كيف تساعدنا هذه المعادلة في تحديد عفوية التفاعل ، دعنا نراجع بإيجاز كل من المفاهيم المتضمنة فيها:

• ∆H (اختلاف المحتوى الحراري): المحتوى الحراري (H) هو محتوى الطاقة لمادة ما. حتى الآن ، لا توجد طريقة معروفة لتحديد ذلك. في الممارسة العملية ، ما يتم تحقيقه هو قياس تباين المحتوى الحراري (∆H) لعملية ما ، باستخدام المسعرات. هذا الاختلاف هو مقدار الطاقة التي تم إطلاقها أو امتصاصها في العملية.
• ∆S (اختلاف الانتروبيا):الانتروبيا (S) هي الكمية الديناميكية الحرارية التي تقيس درجة الاضطراب في النظام.

على سبيل المثال ، في حالة ذوبان الجليد ، تنتقل الجزيئات من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة ، حيث يكون هناك قدر أكبر من عدم التنظيم. هذا يعني أنه في هذه العملية زادت الإنتروبيا (∆S> 0).

لا تتوقف الان... هناك المزيد بعد الإعلان ؛)

في إنتاج الأمونيا (NH₃) ، يتفاعل 1 مول من غاز النيتروجين مع 3 مول من غاز الهيدروجين (أي 4 مول من الجزيئات في المواد المتفاعلة) ، مما يعطي 2 مول من الأمونيا:

ن_{2 (ز)} +3 ح_{2 (ز)} → 2 نيو هامبشاير_{3 (ز)}

نظرًا لأن عدد الجزيئات في الطور الغازي يتناقص في هذه العملية ، فقد انخفض عدم التنظيم ، مما يعني أن الانتروبيا انخفض أيضًا (∆S <0).

• ∆G (طاقة مجانية): طاقة مجانية أو جيبس الطاقة الحرة (لأنه تم اقتراحه فقط من قبل هذا العالم في عام 1878) هو الطاقة المفيدة للنظام المستخدمة للقيام بالعمل.

يحتوي النظام على طاقة عالمية ، ولكن سيتم استخدام جزء بسيط فقط من هذه الطاقة للقيام بالعمل ، وهذا ما يسمى طاقة جيبس ​​الحرة ، والتي يرمز إليها بـ جي.

وفقا لجبس ، تعتبر العملية عفوية إذا كانت تؤدي عملاً ، أي إذا انخفض G. في هذه الحالة ، ستكون الحالة النهائية للتحول أكثر استقرارًا من الحالة الأولية عندما ∆G <0.

وبناءً على ذلك يمكن أن نستنتج ما يلي:

يمكننا أيضًا معرفة ما إذا كانت العملية ستكون تلقائية من خلال النظر إلى العلامة الجبرية لـ ∆H و S في معادلة Gibbs-Helmholtz:

بقلم جينيفر فوغاسا
تخرج في الكيمياء

هل ترغب في الإشارة إلى هذا النص في مدرسة أو عمل أكاديمي؟ نظرة:

فوغا ، جينيفر روشا فارغاس. "جيبس الطاقة الحرة"؛ مدرسة البرازيل. متوفر في: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm. تم الوصول إليه في 28 يونيو 2021.