ყოველდღიურ ცხოვრებაში და ლაბორატორიებში ხდება რეაქციები და ტრანსფორმაციები, რომლებიც სპონტანურია და სხვები, რომლებიც არ არიან სპონტანური. მაგალითად, ყველა წვა არის სპონტანური რეაქცია, რადგან დაწყების შემდეგ, ის გაგრძელდება მანამ, სანამ ყველა საწვავი არ დაიხარჯება ან მთელი ჟანგბადი არ დაიხურება.
მეორეს მხრივ, ელექტროლიზი არის არა სპონტანური პროცესი, რომლის დროსაც ელექტროენერგია გარდაიქმნება ქიმიურ ენერგიად. მაგალითად, ნატრიუმის ქლორიდის ელექტროლიზია (NaCl). როდესაც ამ მდნარ მარილს ელექტროენერგია გადაეცემა, ხდება რედოქს რეაქციები და წარმოიქმნება მეტალის ნატრიუმი (Na(s)) და ქლორის გაზი (Cl2 (გ)). თუ ელექტროენერგიის მუშაობას შევწყვეტთ, რეაქცია თავისით აღარ გაგრძელდება, რაც აჩვენებს, რომ ის არ არის სპონტანური.
რეაქციის სპონტანურობის გაზომვა შესაძლებელია გიბს-ჰელმჰოლცის განტოლებამოცემულია ქვემოთ:
რაზე:
∆G = თავისუფალი ენერგიის ცვალებადობა;
∆H = ენტალპიის ცვლილება;
T = ტემპერატურა კელვინში (ყოველთვის დადებითი);
S = ენტროპიის ცვლილება.
ამ განტოლებამ თავისი სახელი მიიღო, რადგან იგი შემოგვთავაზა ამერიკელმა ფიზიკოსმა ჯ. ვილარდ გიბსი (1839-1903) და გერმანელი ფიზიკოსი ჰერმან ჰელმჰოლცი (1821-1894).
უკეთ რომ გავიგოთ, როგორ გვეხმარება ეს განტოლება რეაქციის სპონტანურობის დადგენაში, მოკლედ მიმოვიხილოთ მასში ჩართული თითოეული ცნება:
- ∆H (ენტალპიის ვარიაცია): ენთალპია (H) არის ნივთიერების ენერგიის შემცველობა. ჯერჯერობით, მისი დადგენის არანაირი გზა არ არის ცნობილი. პრაქტიკაში, რაც მიიღწევა არის პროცესის ენთალპიის ვარიაციის (∆H) გაზომვა, კალორიმეტრის გამოყენებით. ეს ვარიაცია არის თანხის ოდენობა ენერგია, რომელიც გამოიყოფა ან შეიწოვება პროცესში.
- (S (ენტროპიის ვარიაცია):ენტროპია (S) არის თერმოდინამიკური სიდიდე, რომელიც ზომავს სისტემაში არეულობის ხარისხს.
მაგალითად, ყინულის დნობისას, მოლეკულები მყარიდან თხევად მდგომარეობაში გადადიან, სადაც უფრო დიდი დეზორგანიზაციაა. ეს ნიშნავს, რომ ამ პროცესში ენტროპია გაიზარდა (∆S> 0).
ამიაკის წარმოებაში (NH3), 1 მოლი აზოტის გაზი რეაგირებს 3 მოლ წყალბადის გაზთან (ანუ 4 მოლი მოლეკულები რეაქტიულ ნივთიერებებში), რაც იძლევა 2 მოლ ამიაკს:
ნ2 (გ) +3 სთ2 (გ) → 2 NH3 (გ)
მას შემდეგ, რაც ამ პროცესში შემცირდება გაზის ფაზაში მოლეკულების რაოდენობა, დეზორგანიზაცია შემცირდა, რაც ნიშნავს, რომ ენტროპიაც შემცირდა (∆S <0).
- ∆G (თავისუფალი ენერგია): უფასო ენერგია ან გიბსის თავისუფალი ენერგია (რადგან იგი მხოლოდ ამ მეცნიერმა შემოგვთავაზა 1878 წელს) არის სისტემის სასარგებლო ენერგია, რომელიც გამოიყენება სამუშაოს შესასრულებლად.
სისტემას აქვს გლობალური ენერგია, მაგრამ ამ ენერგიის მხოლოდ ნაწილი იქნება გამოყენებული სამუშაოს შესასრულებლად, ამას ჰქვია გიბსის თავისუფალი ენერგია, სიმბოლოა გ.
გიბსის თანახმად, პროცესი სპონტანურად ითვლება, თუ იგი ასრულებს სამუშაოს, ანუ თუ G შემცირდება. ამ შემთხვევაში, ტრანსფორმაციის საბოლოო მდგომარეობა უფრო სტაბილური იქნება, ვიდრე საწყისი, როდესაც ამის საფუძველზე შეგვიძლია დავასკვნათ შემდეგი: ჩვენ ასევე შეგვიძლია დავინახოთ, იქნება თუ არა პროცესი სპონტანური, თუ გადავხედავთ ibH და ∆S ალგებრული ნიშანს გიბს-ჰელმჰოლცის განტოლებაში:
ჯენიფერ ფოგაჩას მიერ
დაამთავრა ქიმია
წყარო: ბრაზილიის სკოლა - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-gibbs.htm