طاقة جيبس الحرة والملاءمة الديناميكية الحرارية
| English | العربية |
|---|---|
| Gibbs free energy/ɡɪbz friː ˈenədʒi/ | طاقة جيبس الحرة |
هل يحدث تلقائياً؟
- بعض التفاعلات تجري وحدها؛ others تحتاج دفعاً مستمراً.
- عاملان يحددان ذلك: الحرارة المنطلقة والفوضى المنشأة.
- رقم واحد يدمجهما في حكم نهائي.
- إشارته تخبرك إذا كانت الطبيعة ستقوم به مجاناً.
معادلة الطاقة الحرة
- طاقة Gibbs الحرة تجمع الإنثالبي والإنتروبيا:
- هنا $T$ هي درجة الحرارة بالكلفن.
باستخدام $\Delta H = -100\ \text{kJ}$ و$T = 300\ \text{K}$ و$\Delta S = 0.2\ \text{kJ/K}$، أوجد $\Delta G$ (بالكيلوجول).
$\Delta G = \Delta H - T\Delta S = -100 - (300)(0.2) = -160\ \text{kJ}$.
في $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$، يجب أن تكون درجة الحرارة بـ...
تتطلب المعادلات الديناميكية الحرارية درجة حرارة مطلقة بالكلفن.
السالب يعني مواتياً
- $\Delta G < 0$ يعني أن التفاعل مواتي ديناميكياً حرارياً.
- $\Delta G > 0$ يعني أنه ليس مواتياً تلقائياً.
- $\Delta G = 0$ يعني أن النظام في حالة توازن.
يكون التفاعل مفضلاً ديناميكياً حرارياً عندما يكون $\Delta G$...
يعني $\Delta G < 0$ أن التفاعل مفضل.
عندما يكون $\Delta G = 0$، يكون النظام في حالة ____.
يُحدد $\Delta G = 0$ نقطة الاتزان.
درجة الحرارة قد تعكسه
- طارد للحرارة زائد فوضى أكثر هو مواتي عند جميع درجات الحرارة.
- ماص للحرارة زائد فوضى أقل ليس مواتياً أبداً.
- الحالتان الأخريان تتعاكسان مع درجة الحرارة.
التفاعل الذي يحتوي على $\Delta H < 0$ و$\Delta S > 0$ يكون مفضلاً...
كلا الحدين يجعلان $\Delta G$ سالباً بغض النظر عن $T$.
تفاعل له $\Delta H < 0$ و$\Delta S > 0$. هل هو مواتي؟
- كلا الحدَّين يدفعان $\Delta G$ للسالب.
- لذا فهو مواتي عند كل درجة حرارة.
الطاقة الحرة مقابل درجة الحرارة
المعادلة ⟨⟩ تمثل خطاً مستقيماً بدلالة درجة الحرارة. عند نقطة التقاطع مع الصفر، تصبح التفاعلية مفضلة.
التفاعل المفضل ديناميكياً حرارياً يكون دائماً سريعاً.
الملاءمة تتعلق بالاتجاه، وليس السرعة؛ حركية التفاعل تحدد المعدل.
"مواتي" ($\Delta G < 0$) يعني مسموحاً ديناميكياً حرارياً ليس سريعاً -- فالديناميكية الكيميائية تحدد السرعة. ودرجة الحرارة تكون بالكلفن في $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$. وحيث أن حد $T\Delta S$ يكبر مع درجة الحرارة، فإن التسخين يمكن أن يعكس إشارة $\Delta G$.
طاقة Gibbs الحرة $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ تجمع الحرارة والفوضى في حكم واحد: $\Delta G < 0$ مواتي ديناميكياً حرارياً، $> 0$ ليس كذلك، و$= 0$ هو التوازن. وبسبب حد $T\Delta S$، يمكن لدرجة الحرارة عكس الإشارة لحالتين من أصل أربع.