گیبس آزاد توانائی کیلکولیٹر

تعارف

گیبس آزاد توانائی کیلکولیٹر تھرموڈینامکس میں ایک اہم ٹول ہے جو یہ طے کرنے میں مدد کرتا ہے کہ آیا کوئی کیمیائی ردعمل یا جسمانی عمل مستقل درجہ حرارت اور دباؤ کی حالت میں خود بخود ہوگا یا نہیں۔ یہ جوشیا ویلارڈ گیبس کے نام پر رکھا گیا ہے، یہ تھرموڈینامک ممکنہ کیمیائی توازن، ردعمل کی قابلیت، اور مختلف سائنسی اور انجینئرنگ ایپلی کیشنز میں توانائی کی تبدیلیوں کو سمجھنے کے لیے بہت اہم ہے۔ ہمارا کیلکولیٹر بنیادی مساوات ΔG = ΔH - TΔS کا استعمال کرتے ہوئے گیبس آزاد توانائی (ΔG) کو حساب کرنے کا ایک سادہ طریقہ فراہم کرتا ہے، جہاں ΔH انثالپی کی تبدیلی، T درجہ حرارت، اور ΔS انٹروپی کی تبدیلی کی نمائندگی کرتا ہے۔

گیبس آزاد توانائی خود بخود ہونے کی ایک طاقتور پیش گوئی کرنے والا ہے—منفی قیمتیں خود بخود عمل کو ظاہر کرتی ہیں، جبکہ مثبت قیمتیں غیر خود بخود ردعمل کی نشاندہی کرتی ہیں جن کے لیے توانائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس اہم تھرموڈینامک پیرامیٹر کو سمجھ کر اور حساب لگا کر، سائنسدان، انجینئرز، اور طلباء ردعمل کے نتائج کی پیش گوئی کر سکتے ہیں، عمل کو بہتر بنا سکتے ہیں، اور کیمیائی اور جسمانی تبدیلیوں کی توانائی کی تفہیم حاصل کر سکتے ہیں۔

گیبس آزاد توانائی کا فارمولا

گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی (ΔG) کو درج ذیل مساوات کا استعمال کرتے ہوئے حساب کیا جاتا ہے:

$\Delta G = \Delta H - T\Delta S$

جہاں:

• ΔG = گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی (kJ/mol)
• ΔH = انثالپی کی تبدیلی (kJ/mol)
• T = درجہ حرارت (کلوین)
• ΔS = انٹروپی کی تبدیلی (kJ/(mol·K))

یہ مساوات دو بنیادی تھرموڈینامک عوامل کے درمیان توازن کی نمائندگی کرتی ہے:

1. انثالپی کی تبدیلی (ΔH): ایک عمل کے دوران مستقل دباؤ پر حرارت کے تبادلے کی نمائندگی کرتی ہے۔
2. انٹروپی کی تبدیلی (ΔS): نظام کی بے ترتیبی میں تبدیلی کی نمائندگی کرتی ہے، جو درجہ حرارت سے ضرب دی جاتی ہے۔

نتائج کی تشریح

ΔG کا نشان ردعمل کی خود بخود ہونے کے بارے میں اہم معلومات فراہم کرتا ہے:

• ΔG < 0 (منفی): عمل خود بخود ہے (ایکسیرگونک) اور بغیر کسی بیرونی توانائی کی ضرورت کے ہو سکتا ہے۔
• ΔG = 0: نظام توازن میں ہے اور کوئی نیٹ تبدیلی نہیں ہے۔
• ΔG > 0 (مثبت): عمل غیر خود بخود ہے (اینڈیرگونک) اور آگے بڑھنے کے لیے توانائی کی ضرورت ہے۔

یہ نوٹ کرنا اہم ہے کہ خود بخود ہونا ہمیشہ ردعمل کی رفتار کی نشاندہی نہیں کرتا—ایک خود بخود ردعمل اب بھی ایک کیٹالسٹ کے بغیر بہت آہستہ ہو سکتا ہے۔

معیاری گیبس آزاد توانائی

معیاری گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی (ΔG°) اس توانائی کی تبدیلی کی نمائندگی کرتی ہے جب تمام ردعمل اور مصنوعات اپنے معیاری حالات میں ہوں (عام طور پر 1 atm دباؤ، 1 M حراستی حلوں کے لیے، اور اکثر 298.15 K یا 25°C پر)۔ مساوات یہ بن جاتی ہے:

$\Delta G° = \Delta H° - T\Delta S°$

جہاں ΔH° اور ΔS° معیاری انثالپی اور انٹروپی کی تبدیلیاں ہیں، بالترتیب۔

اس کیلکولیٹر کا استعمال کیسے کریں

ہمارا گیبس آزاد توانائی کیلکولیٹر سادگی اور استعمال میں آسانی کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ اپنے ردعمل یا عمل کے لیے گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی کا حساب لگانے کے لیے ان مراحل کی پیروی کریں:

1. انثالپی کی تبدیلی (ΔH) کو کلو جول فی مول (kJ/mol) میں داخل کریں۔

   • یہ قیمت اس ردعمل کے دوران حرارت کی مقدار کی نمائندگی کرتی ہے جو مستقل دباؤ پر جذب یا خارج کی جاتی ہے۔
   • مثبت قیمتیں اینڈو تھرمک عمل کی نشاندہی کرتی ہیں (حرارت جذب کی جاتی ہے)۔
   • منفی قیمتیں ایکسوتھرمک عمل کی نشاندہی کرتی ہیں (حرارت خارج کی جاتی ہے)۔

2. درجہ حرارت (T) کو کلوین میں داخل کریں۔

   • اگر ضرورت ہو تو سیلسیئس سے تبدیل کرنا یاد رکھیں (K = °C + 273.15)۔
   • معیاری درجہ حرارت عام طور پر 298.15 K (25°C) ہے۔

3. انٹروپی کی تبدیلی (ΔS) کو کلو جول فی مول-کلوین (kJ/(mol·K)) میں داخل کریں۔

   • یہ قیمت بے ترتیبی یا بے ترتیبی میں تبدیلی کی نمائندگی کرتی ہے۔
   • مثبت قیمتیں بے ترتیبی میں اضافہ کی نشاندہی کرتی ہیں۔
   • منفی قیمتیں بے ترتیبی میں کمی کی نشاندہی کرتی ہیں۔

4. نتیجہ دیکھیں۔

   • کیلکولیٹر خود بخود گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی (ΔG) کا حساب لگائے گا۔
   • نتیجہ kJ/mol میں دکھایا جائے گا۔
   • یہ فراہم کیا جائے گا کہ آیا عمل خود بخود ہے یا غیر خود بخود ہے۔

ان پٹ کی توثیق

کیلکولیٹر صارف کی ان پٹ پر درج ذیل چیک کرتا ہے:

• تمام قیمتیں عددی ہونی چاہئیں۔
• درجہ حرارت کلوین میں اور مثبت ہونا چاہیے (T > 0)۔
• انثالپی اور انٹروپی مثبت، منفی، یا صفر ہو سکتی ہیں۔

اگر غیر درست ان پٹ کا پتہ چلتا ہے تو ایک غلطی کا پیغام دکھایا جائے گا، اور درست ہونے تک حساب نہیں کیا جائے گا۔

قدم بہ قدم حساب کا ایک مثال

آئیں ایک عملی مثال کے ذریعے چلیں تاکہ یہ ظاہر ہو سکے کہ گیبس آزاد توانائی کیلکولیٹر کا استعمال کیسے کیا جائے:

مثال: ΔH = -92.4 kJ/mol اور ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) پر 298 K پر ردعمل کے لیے گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی کا حساب لگائیں۔

1. ΔH = -92.4 kJ/mol درج کریں۔

2. T = 298 K درج کریں۔

3. ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) درج کریں۔

4. کیلکولیٹر حساب لگاتا ہے: ΔG = ΔH - TΔS ΔG = -92.4 kJ/mol - (298 K × 0.0987 kJ/(mol·K)) ΔG = -92.4 kJ/mol - 29.41 kJ/mol ΔG = -121.81 kJ/mol

5. تشریح: چونکہ ΔG منفی ہے (-121.81 kJ/mol)، یہ ردعمل 298 K پر خود بخود ہے۔

استعمال کے کیس

گیبس آزاد توانائی کے حسابات متعدد سائنسی اور انجینئرنگ ایپلی کیشنز میں اہم ہیں:

1. کیمیائی ردعمل کی قابلیت

کیمیا دان گیبس آزاد توانائی کا استعمال یہ پیش گوئی کرنے کے لیے کرتے ہیں کہ آیا کوئی ردعمل دی گئی حالتوں میں خود بخود ہوگا۔ اس میں مدد ملتی ہے:

• نئے مرکبات کے لیے ترکیبی راستوں کا ڈیزائن کرنا
• پیداوار کو بہتر بنانے کے لیے ردعمل کی حالتوں کو بہتر بنانا
• ردعمل کے طریقہ کار اور درمیانی مراحل کو سمجھنا
• مقابلہ کرنے والے ردعمل میں مصنوعات کی تقسیم کی پیش گوئی کرنا

2. بایو کیمیائی عمل

بایو کیمسٹری اور مالیکیولر بیالوجی میں، گیبس آزاد توانائی یہ سمجھنے میں مدد کرتی ہے:

• میٹابولک راستے اور توانائی کی تبدیلیاں
• پروٹین کی تہہ بندی اور استحکام
• انزائم کی کیٹالیٹک ردعمل
• خلیہ کی جھلی کی نقل و حمل کے عمل
• ڈی این اے اور آر این اے کے تعاملات

3. مواد کی سائنس

مواد کے سائنسدان اور انجینئر گیبس آزاد توانائی کے حسابات کا استعمال کرتے ہیں:

• مرحلے کے خاکے کی ترقی
• مرکب ڈیزائن اور بہتر بنانا
• زنگ آلودگی کے رویے کی پیش گوئی کرنا
• ٹھوس ریاست کے ردعمل کو سمجھنا
• مخصوص خصوصیات کے ساتھ نئے مواد کا ڈیزائن کرنا

4. ماحولیاتی سائنس

ماحولیاتی ایپلی کیشنز میں شامل ہیں:

• آلودگی کے نقل و حمل اور قسمت کی پیش گوئی کرنا
• جیوشیمیائی عمل کو سمجھنا
• فضائی کیمیائی ردعمل کی ماڈلنگ
• بحالی کی حکمت عملیوں کا ڈیزائن کرنا
• آب و ہوا کی تبدیلی کے طریقہ کار کا مطالعہ کرنا

5. صنعتی عمل

صنعتی سیٹنگز میں، گیبس آزاد توانائی کے حسابات کی مدد سے بہتر بنایا جاتا ہے:

• کیمیائی پیداوار کے عمل
• پیٹرولیم کی ریفائننگ کی کارروائیاں
• دواسازی کی پیداوار
• خوراک کی پروسیسنگ کی تکنیکیں
• توانائی کی پیداوار کے نظام

متبادل

جبکہ گیبس آزاد توانائی ایک طاقتور تھرموڈینامک ٹول ہے، کچھ مخصوص حالات میں دوسرے متعلقہ پیرامیٹرز زیادہ موزوں ہو سکتے ہیں:

1. ہیلموٹز آزاد توانائی (A یا F)

A = U - TS (جہاں U داخلی توانائی ہے) کے طور پر بیان کردہ، ہیلموٹز آزاد توانائی زیادہ موزوں ہے ان نظاموں کے لیے جہاں حجم مستقل ہو نہ کہ دباؤ۔ یہ خاص طور پر مفید ہے:

• شماریاتی میکانکس میں
• ٹھوس ریاست کی طبیعیات
• ایسے نظاموں میں جہاں حجم محدود ہو

2. انثالپی (H)

ایسے عملوں کے لیے جہاں صرف حرارت کا تبادلہ اہم ہے اور انٹروپی کے اثرات معمولی ہیں، انثالپی (H = U + PV) کافی ہو سکتی ہے۔ یہ اکثر استعمال ہوتا ہے:

• سادہ احتراق کے حسابات میں
• حرارت اور ٹھنڈک کے عمل میں
• حرارت کی پیمائش کے تجربات میں

3. انٹروپی (S)

جب صرف بے ترتیبی اور احتمال پر توجہ دی جائے تو صرف انٹروپی ہی دلچسپی کا پیرامیٹر ہو سکتی ہے، خاص طور پر:

• معلوماتی نظریہ میں
• شماریاتی تجزیے میں
• ناقابل واپسی کے مطالعے میں
• حرارت کے انجن کی کارکردگی کے حسابات میں

4. کیمیائی ممکنہ (μ)

ایسے نظاموں کے لیے جن میں ترکیب مختلف ہوتی ہے، کیمیائی ممکنہ (جزوی مولر گیبس توانائی) اہم ہوجاتی ہے:

• مرحلے کے توازن میں
• حل کی کیمسٹری میں
• الیکٹرو کیمیائی نظاموں میں
• جھلی کی نقل و حمل میں

گیبس آزاد توانائی کی تاریخ

گیبس آزاد توانائی کا تصور تھرموڈینامکس کی ترقی میں ایک بھرپور تاریخ رکھتا ہے:

آغاز اور ترقی

جو شیا ویلارڈ گیبس (1839-1903)، ایک امریکی سائنسدان اور ریاضی دان، نے اپنے شاندار کام "Heterogeneous Substances کی توازن پر" میں اس تصور کو پہلی بار متعارف کرایا، جو 1875 اور 1878 کے درمیان شائع ہوا۔ یہ کام 19ویں صدی میں طبیعی سائنس کی سب سے بڑی کامیابیوں میں سے ایک سمجھا جاتا ہے، جو کیمیائی تھرموڈینامکس کی بنیاد قائم کرتا ہے۔

گیبس نے اس تھرموڈینامک ممکنہ کو اس وقت ترقی دی جب وہ کیمیائی نظاموں میں توازن کے حالات کو سمجھنے کی کوشش کر رہے تھے۔ انہوں نے تسلیم کیا کہ مستقل درجہ حرارت اور دباؤ پر، خود بخود تبدیلی کی سمت کی پیش گوئی ایک ایسی واحد تقریب کے ذریعے کی جا سکتی ہے جو انثالپی اور انٹروپی کے اثرات کو یکجا کرتی ہے۔

اہم تاریخی سنگ میل

• 1873: گیبس اپنے کام کی اشاعت شروع کرتے ہیں۔
• 1875-1878: "Heterogeneous Substances کی توازن پر" کی اشاعت جس میں گیبس توانائی کے تصور کا تعارف ہوتا ہے۔
• 1882-1883: جرمن طبیعیات دان ہرمن وان ہیلموٹز آزادانہ طور پر اسی طرح کے تعلقات کو حاصل کرتے ہیں۔
• 1900 کی دہائی کا آغاز: گلبرٹ این۔ لیوس اور مرل رینڈل کیمیائی تھرموڈینامکس کی نوٹیشن اور ایپلی کیشنز کو معیاری بناتے ہیں۔
• 1923: لیوس اور رینڈل "کیمیائی مادوں کی تھرموڈینامکس اور آزاد توانائی" شائع کرتے ہیں، جو کیمیاء میں گیبس آزاد توانائی کے استعمال کو مقبول بناتے ہیں۔
• 1933: ایڈورڈ اے۔ گوگنہیم جدید نوٹیشن اور اصطلاحات متعارف کراتے ہیں جو آج بھی استعمال ہوتی ہیں۔
• 20ویں صدی کے وسط: گیبس توانائی کے تصورات کو شماریاتی میکانکس اور کوانٹم نظریہ کے ساتھ ضم کیا جاتا ہے۔
• 20ویں صدی کے آخر: کمپیوٹیشنل طریقے حقیقی نظاموں کے لیے پیچیدہ گیبس توانائی کے حسابات کو ممکن بناتے ہیں۔

اثر اور وراثت

گیبس کا کام ابتدائی طور پر امریکہ میں کم توجہ حاصل کرتا تھا لیکن یورپ میں بہت سراہا گیا، خاص طور پر جب اسے ولیہم اوستوالڈ نے جرمن میں ترجمہ کیا۔ آج، گیبس آزاد توانائی کیمیائی کیمسٹری، کیمیائی انجینئرنگ، مواد کی سائنس، اور بایو کیمسٹری میں ایک بنیادی تصور ہے۔ گیبس آزاد توانائی کے حسابات کے ذریعے ردعمل کی خود بخود ہونے اور توازن کی پوزیشن کی پیش گوئی کرنے کی صلاحیت نے بے شمار سائنسی ترقیوں اور تکنیکی اختراعات کو ممکن بنایا ہے۔

کوڈ کے مثالیں

یہاں مختلف پروگرامنگ زبانوں میں گیبس آزاد توانائی کے حسابات کے طریقے ہیں:

1' گیبس آزاد توانائی کے لیے ایکسل کا فارمولا
2=B2-(C2*D2)
3
4' جہاں:
5' B2 میں انثالپی کی تبدیلی (ΔH) kJ/mol میں ہے۔
6' C2 میں درجہ حرارت (T) کلوین میں ہے۔
7' D2 میں انٹروپی کی تبدیلی (ΔS) kJ/(mol·K) میں ہے۔
8

1def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2    """
3    گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی کا حساب لگائیں۔
4    
5    پیرامیٹرز:
6    انثالپی (float): انثالپی کی تبدیلی kJ/mol میں
7    درجہ حرارت (float): درجہ حرارت کلوین میں
8    انٹروپی (float): انٹروپی کی تبدیلی kJ/(mol·K) میں
9    
10    واپسی:
11    float: گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی kJ/mol میں
12    """
13    gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14    return gibbs_energy
15
16# مثال کے طور پر استعمال
17delta_h = -92.4  # kJ/mol
18temp = 298.15    # K
19delta_s = 0.0987  # kJ/(mol·K)
20
21delta_g = calculate_gibbs_free_energy(delta_h, temp, delta_s)
22print(f"گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# خود بخود ہونے کا تعین کریں
25if delta_g < 0:
26    print("ردعمل خود بخود ہے۔")
27elif delta_g > 0:
28    print("ردعمل غیر خود بخود ہے۔")
29else:
30    print("ردعمل توازن میں ہے۔")
31

1function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2  // گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی کا حساب لگائیں
3  // انثالپی: kJ/mol
4  // درجہ حرارت: کلوین
5  // انٹروپی: kJ/(mol·K)
6  
7  const gibbsEnergy = enthalpy - (temperature * entropy);
8  return gibbsEnergy;
9}
10
11// مثال کے طور پر استعمال
12const deltaH = -92.4;  // kJ/mol
13const temp = 298.15;   // K
14const deltaS = 0.0987; // kJ/(mol·K)
15
16const deltaG = calculateGibbsFreeEnergy(deltaH, temp, deltaS);
17console.log(`گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// خود بخود ہونے کا تعین کریں
20if (deltaG < 0) {
21  console.log("ردعمل خود بخود ہے۔");
22} else if (deltaG > 0) {
23  console.log("ردعمل غیر خود بخود ہے۔");
24} else {
25  console.log("ردعمل توازن میں ہے۔");
26}
27

1public class GibbsFreeEnergyCalculator {
2    /**
3     * گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی کا حساب لگائیں
4     * 
5     * @param enthalpy انثالپی کی تبدیلی kJ/mol میں
6     * @param temperature درجہ حرارت کلوین میں
7     * @param entropy انٹروپی کی تبدیلی kJ/(mol·K) میں
8     * @return گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی kJ/mol میں
9     */
10    public static double calculateGibbsFreeEnergy(double enthalpy, double temperature, double entropy) {
11        return enthalpy - (temperature * entropy);
12    }
13    
14    public static void main(String[] args) {
15        double deltaH = -92.4;  // kJ/mol
16        double temp = 298.15;   // K
17        double deltaS = 0.0987; // kJ/(mol·K)
18        
19        double deltaG = calculateGibbsFreeEnergy(deltaH, temp, deltaS);
20        System.out.printf("گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی: %.2f kJ/mol%n", deltaG);
21        
22        // خود بخود ہونے کا تعین کریں
23        if (deltaG < 0) {
24            System.out.println("ردعمل خود بخود ہے۔");
25        } else if (deltaG > 0) {
26            System.out.println("ردعمل غیر خود بخود ہے۔");
27        } else {
28            System.out.println("ردعمل توازن میں ہے۔");
29        }
30    }
31}
32

1#include <iostream>
2#include <iomanip>
3
4/**
5 * گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی کا حساب لگائیں
6 * 
7 * @param enthalpy انثالپی کی تبدیلی kJ/mol میں
8 * @param temperature درجہ حرارت کلوین میں
9 * @param entropy انٹروپی کی تبدیلی kJ/(mol·K) میں
10 * @return گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی kJ/mol میں
11 */
12double calculateGibbsFreeEnergy(double enthalpy, double temperature, double entropy) {
13    return enthalpy - (temperature * entropy);
14}
15
16int main() {
17    double deltaH = -92.4;  // kJ/mol
18    double temp = 298.15;   // K
19    double deltaS = 0.0987; // kJ/(mol·K)
20    
21    double deltaG = calculateGibbsFreeEnergy(deltaH, temp, deltaS);
22    
23    std::cout << "گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی: " << std::fixed << std::setprecision(2) 
24              << deltaG << " kJ/mol" << std::endl;
25    
26    // خود بخود ہونے کا تعین کریں
27    if (deltaG < 0) {
28        std::cout << "ردعمل خود بخود ہے۔" << std::endl;
29    } else if (deltaG > 0) {
30        std::cout << "ردعمل غیر خود بخود ہے۔" << std::endl;
31    } else {
32        std::cout << "ردعمل توازن میں ہے۔" << std::endl;
33    }
34    
35    return 0;
36}
37

1# R میں گیبس آزاد توانائی کا حساب لگانے کے لیے فنکشن
2calculate_gibbs_free_energy <- function(enthalpy, temperature, entropy) {
3  # انثالپی: kJ/mol
4  # درجہ حرارت: کلوین
5  # انٹروپی: kJ/(mol·K)
6  
7  gibbs_energy <- enthalpy - (temperature * entropy)
8  return(gibbs_energy)
9}
10
11# مثال کے طور پر استعمال
12delta_h <- -92.4  # kJ/mol
13temp <- 298.15    # K
14delta_s <- 0.0987 # kJ/(mol·K)
15
16delta_g <- calculate_gibbs_free_energy(delta_h, temp, delta_s)
17cat(sprintf("گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی: %.2f kJ/mol\n", delta_g))
18
19# خود بخود ہونے کا تعین کریں
20if (delta_g < 0) {
21  cat("ردعمل خود بخود ہے۔\n")
22} else if (delta_g > 0) {
23  cat("ردعمل غیر خود بخود ہے۔\n")
24} else {
25  cat("ردعمل توازن میں ہے۔\n")
26}
27

گیبس آزاد توانائی کی درجہ حرارت کی انحصار

درجہ حرارت (K) گیبس آزاد توانائی (kJ/mol)

0 ΔH < 0, ΔS > 0 ΔH > 0, ΔS < 0 ΔH < 0, ΔS < 0 ΔH > 0, ΔS > 0

خود بخود (ΔG < 0) غیر خود بخود (ΔG > 0)

100 200 300 400

عددی مثالیں

یہاں گیبس آزاد توانائی کے حسابات کے کچھ عملی مثالیں ہیں:

مثال 1: خارج ہونے والا ردعمل جس میں بے ترتیبی میں اضافہ

• انثالپی کی تبدیلی (ΔH) = -85.0 kJ/mol
• درجہ حرارت (T) = 298 K
• انٹروپی کی تبدیلی (ΔS) = 0.156 kJ/(mol·K)
• گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی (ΔG) = -85.0 - (298 × 0.156) = -131.49 kJ/mol
• تشریح: انثالپی اور انٹروپی دونوں کے لیے فائدہ مند ہونے کی وجہ سے یہ ردعمل بہت خود بخود ہے۔

مثال 2: داخل ہونے والا ردعمل جس میں بے ترتیبی میں اضافہ

• انثالپی کی تبدیلی (ΔH) = 42.5 kJ/mol
• درجہ حرارت (T) = 298 K
• انٹروپی کی تبدیلی (ΔS) = 0.125 kJ/(mol·K)
• گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی (ΔG) = 42.5 - (298 × 0.125) = 5.25 kJ/mol
• تشریح: یہ 298 K پر غیر خود بخود ہے، لیکن زیادہ درجہ حرارت پر خود بخود ہو سکتی ہے۔

مثال 3: درجہ حرارت پر انحصار کرنے والی خود بخود ہونے کی حالت

• انثالپی کی تبدیلی (ΔH) = 30.0 kJ/mol
• انٹروپی کی تبدیلی (ΔS) = 0.100 kJ/(mol·K)
• T = 273 K پر: ΔG = 30.0 - (273 × 0.100) = 2.7 kJ/mol (غیر خود بخود)
• T = 298 K پر: ΔG = 30.0 - (298 × 0.100) = 0.2 kJ/mol (غیر خود بخود)
• T = 303 K پر: ΔG = 30.0 - (303 × 0.100) = -0.3 kJ/mol (خود بخود)
• تشریح: یہ ردعمل تقریباً 300 K سے اوپر خود بخود ہو جاتا ہے۔

مثال 4: توازن کا درجہ حرارت

ایک ردعمل کے لیے جس میں ΔH = 15.0 kJ/mol اور ΔS = 0.050 kJ/(mol·K) ہے، توازن کب ہوگا؟

توازن پر، ΔG = 0، تو: 0 = 15.0 - (T × 0.050) T = 15.0 ÷ 0.050 = 300 K

تشریح: 300 K سے نیچے، یہ ردعمل غیر خود بخود ہے؛ 300 K سے اوپر، یہ خود بخود ہو جاتا ہے۔

اکثر پوچھے جانے والے سوالات

گیبس آزاد توانائی کیا ہے؟

گیبس آزاد توانائی (G) ایک تھرموڈینامک ممکنہ ہے جو یہ ناپتا ہے کہ ایک نظام مستقل درجہ حرارت اور دباؤ پر زیادہ سے زیادہ قابل واپسی کام کتنا انجام دے سکتا ہے۔ گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی (ΔG) یہ ظاہر کرتی ہے کہ آیا کوئی عمل خود بخود ہوگا۔

میں منفی گیبس آزاد توانائی کی قیمت کی تشریح کیسے کروں؟

منفی گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی (ΔG < 0) یہ ظاہر کرتی ہے کہ ردعمل یا عمل خود بخود ہے اور بغیر کسی بیرونی توانائی کی ضرورت کے آگے بڑھ سکتا ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ ردعمل اپنے توازن کی طرف بڑھتے ہوئے قابل استعمال توانائی جاری کرتا ہے۔

کیا مثبت ΔH کے ساتھ کوئی ردعمل خود بخود ہو سکتا ہے؟

جی ہاں، ایک ردعمل جس میں مثبت انثالپی کی تبدیلی ہو (داخل ہونے والا) پھر بھی خود بخود ہو سکتا ہے اگر انٹروپی کی تبدیلی کافی مثبت ہو اور درجہ حرارت کافی زیادہ ہو۔ جب TΔS ΔH سے زیادہ ہو جائے تو مجموعی ΔG منفی ہو جاتا ہے، جس سے عمل خود بخود ہو جاتا ہے۔

ΔG اور ΔG° میں کیا فرق ہے؟

ΔG کسی بھی حالت کے تحت گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی کی نمائندگی کرتا ہے، جبکہ ΔG° معیاری گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی کی نمائندگی کرتا ہے جب تمام ردعمل اور مصنوعات اپنے معیاری حالات میں ہوں (عام طور پر 1 atm دباؤ، 1 M حراستی حلوں کے لیے، اور اکثر 298.15 K پر)۔

درجہ حرارت ردعمل کی خود بخود ہونے پر کیسے اثر انداز ہوتا ہے؟

درجہ حرارت براہ راست گیبس مساوات میں TΔS کی اصطلاح کو متاثر کرتا ہے۔ مثبت انٹروپی کی تبدیلی (ΔS > 0) کے لیے، درجہ حرارت میں اضافہ -TΔS کی اصطلاح کو زیادہ منفی بنا دیتا ہے، ممکنہ طور پر مجموعی ΔG کو منفی (خود بخود) بنا دیتا ہے۔ اس کے برعکس، منفی انٹروپی کی تبدیلی (ΔS < 0) کے لیے، درجہ حرارت میں اضافہ ردعمل کو کم فائدہ مند بنا دیتا ہے۔

گیبس آزاد توانائی اور توازن کے درمیان کیا تعلق ہے؟

توازن پر، ΔG = 0۔ معیاری گیبس آزاد توانائی کی تبدیلی (ΔG°) توازن مستقل (K) سے منسلک ہے جس کا تعلق اس مساوات سے ہے: ΔG° = -RT ln(K)، جہاں R گیس کا مستقل ہے اور T کلوین میں درجہ حرارت ہے۔

کیا گیبس آزاد توانائی ردعمل کی رفتار کی پیش گوئی کر سکتی ہے؟

نہیں، گیبس آزاد توانائی صرف یہ پیش گوئی کرتی ہے کہ آیا کوئی ردعمل تھرموڈینامک طور پر فائدہ مند (خود بخود) ہے، نہ کہ یہ کتنی جلدی ہوگا۔ ایک ردعمل بہت خود بخود ہو سکتا ہے (بہت منفی ΔG) لیکن پھر بھی بہت آہستہ چل سکتا ہے کیونکہ اس میں کیٹالسٹ یا اعلیٰ چالاکی کی ضرورت ہوتی ہے۔

میں غیر معیاری حالات میں گیبس آزاد توانائی کا حساب کیسے لگاؤں؟

غیر معیاری حالات کے لیے، آپ اس مساوات کا استعمال کر سکتے ہیں: ΔG = ΔG° + RT ln(Q)، جہاں Q ردعمل کا کوٹینٹ ہے، R گیس کا مستقل ہے، اور T کلوین میں درجہ حرارت ہے۔

گیبس آزاد توانائی کے لیے کون سے یونٹس استعمال ہوتے ہیں؟

گیبس آزاد توانائی کو عام طور پر کلو جول فی مول (kJ/mol) یا کیلوری فی مول (cal/mol) میں ظاہر کیا جاتا ہے۔ SI یونٹس میں، یہ ج Joules فی مول (J/mol) ہوگا۔

گیبس آزاد توانائی کا انکشاف کس نے کیا؟

جو شیا ویلارڈ گیبس، ایک امریکی سائنسدان، نے گیبس آزاد توانائی کے تصور کو اپنے کام "Heterogeneous Substances کی توازن پر" میں متعارف کرایا، جو 1875 اور 1878 کے درمیان شائع ہوا۔ یہ کام کیمیائی تھرموڈینامکس کی بنیاد قائم کرتا ہے۔

حوالہ جات

1. ایٹکنز، پی۔ ڈبلیو، اور ڈی پاولا، ج۔ (2014). ایٹکنز کی طبیعی کیمسٹری (10واں ایڈیشن)۔ آکسفورڈ یونیورسٹی پریس۔

2. چینگ، آر۔ (2019). کیمیائی سائنسوں کے لیے طبیعی کیمسٹری۔ یونیورسٹی سائنس بکس۔

3. اینگل، ٹی، اور ریڈ، پی۔ (2018). طبیعی کیمسٹری (4واں ایڈیشن)۔ پیئرسن۔

4. لیوائن، آئی۔ این۔ (2015). طبیعی کیمسٹری (6واں ایڈیشن)۔ میک گرا ہل ایجوکیشن۔

5. اسمتھ، جے ایم، وان نیس، ایچ سی، اور ایبٹ، ایم ایم۔ (2017). کیمیائی انجینئرنگ تھرموڈینامکس کا تعارف (8واں ایڈیشن)۔ میک گرا ہل ایجوکیشن۔

6. گیبس، جے۔ ڈبلیو۔ (1878). Heterogeneous Substances کی توازن پر۔ کنیکٹیکٹ اکیڈمی آف آرٹس اینڈ سائنسز کے ٹرانزیکشنز، 3، 108-248۔

7. لیوس، جی۔ این، اور رینڈل، ایم۔ (1923). کیمیائی مادوں کی تھرموڈینامکس اور آزاد توانائی۔ میک گرا ہل۔

8. آئی یو پی اے سی۔ (2014). کیمیائی اصطلاحات کا مجموعہ (سونے کی کتاب)۔ ورژن 2.3.3۔ http://goldbook.iupac.org/ سے حاصل کردہ۔

9. سینڈلر، ایس۔ آئی۔ (2017). کیمیائی، بایو کیمیائی، اور انجینئرنگ تھرموڈینامکس (5واں ایڈیشن)۔ وائلے۔

10. ڈینبگھ، کے۔ (1981). کیمیائی توازن کے اصول (4واں ایڈیشن)۔ کیمبرج یونیورسٹی پریس۔

---

کیا آپ اپنے کیمیائی ردعمل یا عمل کے لیے گیبس آزاد توانائی کا حساب لگانے کے لیے تیار ہیں؟ اوپر ہمارے کیلکولیٹر کا استعمال کریں تاکہ جلدی سے یہ طے کریں کہ آیا آپ کا ردعمل آپ کی مخصوص حالتوں کے تحت خود بخود ہوگا۔ گیبس آزاد توانائی کو سمجھنا کیمسٹری، بایو کیمسٹری، اور انجینئرنگ ایپلی کیشنز میں کیمیائی رویے کی پیش گوئی اور عمل کو بہتر بنانے کے لیے کلیدی حیثیت رکھتا ہے۔