حاسبة الطاقة الحرة لجيبس

مقدمة

تعتبر حاسبة الطاقة الحرة لجيبس أداة أساسية في الديناميكا الحرارية تساعد في تحديد ما إذا كانت تفاعل كيميائي أو عملية فيزيائية ستحدث بشكل تلقائي تحت ظروف درجة حرارة وضغط ثابتين. سميت على اسم جوسيا ويلارد جيبس، هذه الإمكانية الديناميكية الحرارية ضرورية لفهم التوازن الكيميائي، وقابلية التفاعل، وتحولات الطاقة في تطبيقات علمية وهندسية متنوعة. توفر حاسبتنا طريقة بسيطة لحساب الطاقة الحرة لجيبس (ΔG) باستخدام المعادلة الأساسية ΔG = ΔH - TΔS، حيث تمثل ΔH تغير الإنثالبي، وT هي درجة الحرارة، وΔS هو تغير الإنتروبيا.

تعتبر الطاقة الحرة لجيبس مؤشراً قوياً على تلقائية التفاعل - القيم السلبية تشير إلى عمليات تلقائية، بينما تشير القيم الإيجابية إلى تفاعلات غير تلقائية تتطلب إدخال طاقة. من خلال فهم وحساب هذه المعلمة الديناميكية الحرارية الأساسية، يمكن للعلماء والمهندسين والطلاب التنبؤ بنتائج التفاعلات، وتحسين العمليات، والحصول على رؤى أعمق حول ديناميات التحولات الكيميائية والفيزيائية.

صيغة الطاقة الحرة لجيبس

يتم حساب تغير الطاقة الحرة لجيبس (ΔG) باستخدام المعادلة التالية:

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

حيث:

• ΔG = تغير الطاقة الحرة لجيبس (kJ/mol)
• ΔH = تغير الإنثالبي (kJ/mol)
• T = درجة الحرارة (كلفن)
• ΔS = تغير الإنتروبيا (kJ/(mol·K))

تمثل هذه المعادلة التوازن بين عاملين ديناميكيين حراريين أساسيين:

1. تغير الإنثالبي (ΔH): يمثل تبادل الحرارة خلال عملية عند ضغط ثابت
2. تغير الإنتروبيا (ΔS): يمثل التغير في فوضى النظام، مضروبًا في درجة الحرارة

تفسير النتائج

يوفر إشارة ΔG معلومات حاسمة حول تلقائية التفاعل:

• ΔG < 0 (سلبية): العملية تلقائية (طاردة للطاقة) ويمكن أن تحدث بدون إدخال طاقة خارجية
• ΔG = 0: النظام في توازن بدون تغيير صافي
• ΔG > 0 (إيجابية): العملية غير تلقائية (ممتصة للطاقة) وتتطلب إدخال طاقة للتقدم

من المهم ملاحظة أن التلقائية لا تشير بالضرورة إلى سرعة التفاعل - قد يكون التفاعل التلقائي بطيئًا جدًا في التقدم بدون محفز.

الطاقة الحرة لجيبس القياسية

تشير الطاقة الحرة لجيبس القياسية (ΔG°) إلى تغير الطاقة عندما تكون جميع المتفاعلات والمنتجات في حالاتهم القياسية (عادةً عند ضغط 1 atm، وتركيز 1 M للحلول، وغالبًا عند 298.15 K أو 25°C). تصبح المعادلة:

$\Delta G° = \Delta H° - T\Delta S°$

حيث ΔH° و ΔS° هما تغيرات الإنثالبي والإنتروبيا القياسية، على التوالي.

كيفية استخدام هذه الحاسبة

تم تصميم حاسبة الطاقة الحرة لجيبس لتكون بسيطة وسهلة الاستخدام. اتبع هذه الخطوات لحساب تغير الطاقة الحرة لجيبس لتفاعلك أو عمليتك:

1. أدخل تغير الإنثالبي (ΔH) بالكيلوجول لكل مول (kJ/mol)

   • تمثل هذه القيمة الحرارة الممتصة أو المنطلقة خلال التفاعل عند ضغط ثابت
   • تشير القيم الإيجابية إلى عمليات ماصة للحرارة (تمتص الحرارة)
   • تشير القيم السلبية إلى عمليات طاردة للحرارة (تطلق الحرارة)

2. أدخل درجة الحرارة (T) بالكلفن

   • تذكر تحويلها من السلسيوس إذا لزم الأمر (K = °C + 273.15)
   • درجة الحرارة القياسية هي عادة 298.15 K (25°C)

3. أدخل تغير الإنتروبيا (ΔS) بالكيلوجول لكل مول-كلفن (kJ/(mol·K))

   • تمثل هذه القيمة التغير في الفوضى أو العشوائية
   • تشير القيم الإيجابية إلى زيادة الفوضى
   • تشير القيم السلبية إلى تقليل الفوضى

4. عرض النتيجة

   • ستحسب الحاسبة تلقائيًا تغير الطاقة الحرة لجيبس (ΔG)
   • ستعرض النتيجة بالكيلوجول لكل مول
   • سيتم تقديم تفسير حول ما إذا كانت العملية تلقائية أو غير تلقائية

التحقق من المدخلات

تقوم الحاسبة بإجراء الفحوصات التالية على مدخلات المستخدم:

• يجب أن تكون جميع القيم عددية
• يجب أن تكون درجة الحرارة بالكلفن وإيجابية (T > 0)
• يمكن أن تكون الإنثالبي والإنتروبيا إيجابية أو سلبية أو صفر

إذا تم اكتشاف مدخلات غير صالحة، سيتم عرض رسالة خطأ، ولن تستمر الحسابات حتى يتم تصحيحها.

مثال حساب خطوة بخطوة

دعونا نمر عبر مثال عملي لتوضيح كيفية استخدام حاسبة الطاقة الحرة لجيبس:

مثال: احسب تغير الطاقة الحرة لجيبس لتفاعل مع ΔH = -92.4 kJ/mol و ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) عند 298 K.

1. أدخل ΔH = -92.4 kJ/mol

2. أدخل T = 298 K

3. أدخل ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K)

4. تقوم الحاسبة بإجراء الحساب: 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. التفسير: نظرًا لأن ΔG سلبية (-121.81 kJ/mol)، فإن هذا التفاعل تلقائي عند 298 K.

حالات الاستخدام

تعتبر حسابات الطاقة الحرة لجيبس ضرورية في العديد من التطبيقات العلمية والهندسية:

1. جدوى التفاعل الكيميائي

يستخدم الكيميائيون الطاقة الحرة لجيبس للتنبؤ بما إذا كان التفاعل سيحدث تلقائيًا تحت ظروف معينة. يساعد هذا في:

• تصميم مسارات تركيبية لمركبات جديدة
• تحسين ظروف التفاعل لزيادة العوائد
• فهم آليات التفاعل والوسائط
• التنبؤ بتوزيعات المنتجات في التفاعلات المتنافسة

2. العمليات البيوكيميائية

في الكيمياء الحيوية وعلم الأحياء الجزيئي، تساعد الطاقة الحرة لجيبس في فهم:

• المسارات الأيضية وتحولات الطاقة
• طي البروتينات واستقرارها
• التفاعلات المحفزة بالإنزيمات
• عمليات نقل الأغشية الخلوية
• تفاعلات الحمض النووي والحمض النووي الريبي

3. علوم المواد

يستخدم علماء المواد والمهندسون حسابات الطاقة الحرة لجيبس في:

• تطوير مخططات الطور
• تصميم وتحسين السبائك
• التنبؤ بسلوك التآكل
• فهم التفاعلات في الحالة الصلبة
• تصميم مواد جديدة بخصائص محددة

4. العلوم البيئية

تشمل التطبيقات البيئية:

• التنبؤ بنقل الملوثات ومصيرها
• فهم العمليات الجيوكيميائية
• نمذجة التفاعلات الجوية
• تصميم استراتيجيات الترميم
• دراسة آليات تغير المناخ

5. العمليات الصناعية

في البيئات الصناعية، تساعد حسابات الطاقة الحرة لجيبس في تحسين:

• عمليات تصنيع المواد الكيميائية
• عمليات تكرير البترول
• إنتاج الأدوية
• تقنيات معالجة الطعام
• أنظمة توليد الطاقة

البدائل

بينما تعتبر الطاقة الحرة لجيبس أداة ديناميكية حرارية قوية، قد تكون معلمات ذات صلة أخرى أكثر ملاءمة في بعض الحالات:

1. الطاقة الحرة هيلمهولتز (A أو F)

تعرف بأنها A = U - TS (حيث U هي الطاقة الداخلية)، تعتبر الطاقة الحرة هيلمهولتز أكثر ملاءمة للأنظمة عند حجم ثابت بدلاً من ضغط ثابت. وهي مفيدة بشكل خاص في:

• الميكانيكا الإحصائية
• فيزياء الحالة الصلبة
• الأنظمة التي يكون فيها الحجم مقيدًا

2. الإنثالبي (H)

بالنسبة للعمليات التي تهم فقط تبادل الحرارة وتأثيرات الإنتروبيا غير ملحوظة، قد يكون الإنثالبي (H = U + PV) كافيًا. وغالبًا ما يستخدم في:

• حسابات الاحتراق البسيطة
• عمليات التسخين والتبريد
• تجارب الحرارة

3. الإنتروبيا (S)

عند التركيز فقط على الفوضى والاحتمالية، قد تكون الإنتروبيا وحدها هي المعلمة ذات الاهتمام، خاصة في:

• نظرية المعلومات
• التحليل الإحصائي
• دراسات اللامرجعية
• حسابات كفاءة محركات الحرارة

4. الجهد الكيميائي (μ)

بالنسبة للأنظمة ذات التركيب المتغير، يصبح الجهد الكيميائي (الطاقة الحرة الجزئية لجيبس) مهمًا في:

• توازن الطور
• كيمياء المحاليل
• الأنظمة الكهروكيميائية
• نقل الأغشية

تاريخ الطاقة الحرة لجيبس

لدى مفهوم الطاقة الحرة لجيبس تاريخ غني في تطوير الديناميكا الحرارية:

الأصول والتطوير

قدم جوسيا ويلارد جيبس (1839-1903)، عالم رياضيات وعالم أمريكي، هذا المفهوم في عمله الرائد "حول توازن المواد غير المتجانسة"، الذي نُشر بين عامي 1875 و1878. يُعتبر هذا العمل من أعظم الإنجازات في العلوم الفيزيائية في القرن التاسع عشر، حيث أسس أساس الديناميكا الحرارية الكيميائية.

طور جيبس هذه الإمكانية الديناميكية الحرارية أثناء سعيه لفهم الظروف اللازمة للتوازن في الأنظمة الكيميائية. أدرك أنه عند درجة حرارة وضغط ثابتين، يمكن التنبؤ باتجاه التغيير التلقائي من خلال وظيفة واحدة تجمع بين تأثيرات الإنثالبي والإنتروبيا.

المعالم التاريخية الرئيسية

• 1873: يبدأ جيبس في نشر أعماله حول الأنظمة الديناميكية الحرارية
• 1875-1878: نشر "حول توازن المواد غير المتجانسة" الذي يقدم مفهوم الطاقة الحرة لجيبس
• 1882-1883: العالم الفيزيائي الألماني هيرمان فون هيلمهولتز يستنتج بشكل مستقل علاقات مماثلة
• أوائل القرن العشرين: غيلبرت ن. لويس وميرل راندال يعيّنان تدوين الديناميكا الحرارية الكيميائية وتطبيقاتها
• 1923: لويس وراندال ينشران "الديناميكا الحرارية والطاقة الحرة للمواد الكيميائية"، مما يروج لاستخدام الطاقة الحرة لجيبس في الكيمياء
• 1933: إدوارد أ. غوجنهايم يقدم التدوين والمصطلحات الحديثة المستخدمة حتى اليوم
• منتصف القرن العشرين: دمج مفاهيم الطاقة الحرة لجيبس مع الميكانيكا الإحصائية والنظرية الكمومية
• أواخر القرن العشرين: تمكنت الطرق الحسابية من إجراء حسابات معقدة للطاقة الحرة لجيبس للأنظمة الحقيقية

التأثير والإرث

في البداية، لم تلقَ أعمال جيبس الكثير من الاهتمام في الولايات المتحدة، لكنها كانت تحظى بتقدير كبير في أوروبا، خاصة بعد ترجمتها إلى الألمانية بواسطة فيلهلم أوستوالد. اليوم، تعتبر الطاقة الحرة لجيبس مفهومًا أساسيًا في الكيمياء الفيزيائية، والهندسة الكيميائية، وعلوم المواد، والكيمياء الحيوية. لقد مكنت القدرة على التنبؤ بالتلقائية ومواضع التوازن باستخدام حسابات الطاقة الحرة لجيبس من تحقيق العديد من التقدمات العلمية والابتكارات التكنولوجية.

أمثلة على الشيفرات

إليك أمثلة حول كيفية حساب الطاقة الحرة لجيبس في لغات برمجة مختلفة:

1' صيغة Excel للطاقة الحرة لجيبس
2=B2-(C2*D2)
3
4' حيث:
5' B2 تحتوي على تغير الإنثالبي (ΔH) بالكيلوجول لكل مول
6' C2 تحتوي على درجة الحرارة (T) بالكلفن
7' D2 تحتوي على تغير الإنتروبيا (ΔS) بالكيلوجول/(mol·K)
8

1def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2    """
3    حساب تغير الطاقة الحرة لجيبس
4    
5    المعلمات:
6    الإنثالبي (float): تغير الإنثالبي بالكيلوجول لكل مول
7    درجة الحرارة (float): درجة الحرارة بالكلفن
8    الإنتروبيا (float): تغير الإنتروبيا بالكيلوجول/(mol·K)
9    
10    العائدات:
11    float: تغير الطاقة الحرة لجيبس بالكيلوجول لكل مول
12    """
13    gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14    return gibbs_energy
15
16# مثال على الاستخدام
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"تغير الطاقة الحرة لجيبس: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# تحديد التلقائية
25if delta_g < 0:
26    print("التفاعل تلقائي.")
27elif delta_g > 0:
28    print("التفاعل غير تلقائي.")
29else:
30    print("التفاعل في حالة توازن.")
31

1function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2  // حساب تغير الطاقة الحرة لجيبس
3  // الإنثالبي: kJ/mol
4  // درجة الحرارة: كلفن
5  // الإنتروبيا: kJ/(mol·K)
6  
7  const gibbsEnergy = enthalpy - (temperature * entropy);
8  return gibbsEnergy;
9}
10
11// مثال على الاستخدام
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(`تغير الطاقة الحرة لجيبس: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// تحديد التلقائية
20if (deltaG < 0) {
21  console.log("التفاعل تلقائي.");
22} else if (deltaG > 0) {
23  console.log("التفاعل غير تلقائي.");
24} else {
25  console.log("التفاعل في حالة توازن.");
26}
27

1public class GibbsFreeEnergyCalculator {
2    /**
3     * حساب تغير الطاقة الحرة لجيبس
4     * 
5     * @param enthalpy تغير الإنثالبي بالكيلوجول لكل مول
6     * @param temperature درجة الحرارة بالكلفن
7     * @param entropy تغير الإنتروبيا بالكيلوجول/(mol·K)
8     * @return تغير الطاقة الحرة لجيبس بالكيلوجول لكل مول
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("تغير الطاقة الحرة لجيبس: %.2f kJ/mol%n", deltaG);
21        
22        // تحديد التلقائية
23        if (deltaG < 0) {
24            System.out.println("التفاعل تلقائي.");
25        } else if (deltaG > 0) {
26            System.out.println("التفاعل غير تلقائي.");
27        } else {
28            System.out.println("التفاعل في حالة توازن.");
29        }
30    }
31}
32

1#include <iostream>
2#include <iomanip>
3
4/**
5 * حساب تغير الطاقة الحرة لجيبس
6 * 
7 * @param enthalpy تغير الإنثالبي بالكيلوجول لكل مول
8 * @param temperature درجة الحرارة بالكلفن
9 * @param entropy تغير الإنتروبيا بالكيلوجول/(mol·K)
10 * @return تغير الطاقة الحرة لجيبس بالكيلوجول لكل مول
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 << "تغير الطاقة الحرة لجيبس: " << std::fixed << std::setprecision(2) 
24              << deltaG << " kJ/mol" << std::endl;
25    
26    // تحديد التلقائية
27    if (deltaG < 0) {
28        std::cout << "التفاعل تلقائي." << std::endl;
29    } else if (deltaG > 0) {
30        std::cout << "التفاعل غير تلقائي." << std::endl;
31    } else {
32        std::cout << "التفاعل في حالة توازن." << std::endl;
33    }
34    
35    return 0;
36}
37

1# دالة R لحساب الطاقة الحرة لجيبس
2calculate_gibbs_free_energy <- function(enthalpy, temperature, entropy) {
3  # الإنثالبي: kJ/mol
4  # درجة الحرارة: كلفن
5  # الإنتروبيا: kJ/(mol·K)
6  
7  gibbs_energy <- enthalpy - (temperature * entropy)
8  return(gibbs_energy)
9}
10
11# مثال على الاستخدام
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("تغير الطاقة الحرة لجيبس: %.2f kJ/mol\n", delta_g))
18
19# تحديد التلقائية
20if (delta_g < 0) {
21  cat("التفاعل تلقائي.\n")
22} else if (delta_g > 0) {
23  cat("التفاعل غير تلقائي.\n")
24} else {
25  cat("التفاعل في حالة توازن.\n")
26}
27

الاعتماد على درجة الحرارة في الطاقة الحرة لجيبس

درجة الحرارة (K) الطاقة الحرة لجيبس (kJ/mol)

0 ΔH < 0، ΔS > 0 ΔH > 0، ΔS < 0 ΔH < 0، ΔS < 0 ΔH > 0، ΔS > 0

تلقائي (ΔG < 0) غير تلقائي (ΔG > 0)

100 200 300 400

أمثلة عددية

إليك بعض الأمثلة العملية لحسابات الطاقة الحرة لجيبس:

المثال 1: تفاعل طارد للحرارة مع زيادة الإنتروبيا

• تغير الإنثالبي (ΔH) = -85.0 kJ/mol
• درجة الحرارة (T) = 298 K
• تغير الإنتروبيا (ΔS) = 0.156 kJ/(mol·K)
• تغير الطاقة الحرة لجيبس (ΔG) = -85.0 - (298 × 0.156) = -131.49 kJ/mol
• التفسير: تفاعل تلقائي بشدة بسبب كل من الإنثالبي والإنتروبيا المواتية

المثال 2: تفاعل ماص للحرارة مع زيادة الإنتروبيا

• تغير الإنثالبي (ΔH) = 42.5 kJ/mol
• درجة الحرارة (T) = 298 K
• تغير الإنتروبيا (ΔS) = 0.125 kJ/(mol·K)
• تغير الطاقة الحرة لجيبس (ΔG) = 42.5 - (298 × 0.125) = 5.25 kJ/mol
• التفسير: غير تلقائي عند 298 K، لكن يمكن أن يصبح تلقائيًا عند درجات حرارة أعلى

المثال 3: التلقائية المعتمدة على درجة الحرارة

• تغير الإنثالبي (ΔH) = 30.0 kJ/mol
• تغير الإنتروبيا (ΔS) = 0.100 kJ/(mol·K)
• عند T = 273 K: ΔG = 30.0 - (273 × 0.100) = 2.7 kJ/mol (غير تلقائي)
• عند T = 298 K: ΔG = 30.0 - (298 × 0.100) = 0.2 kJ/mol (غير تلقائي)
• عند T = 303 K: ΔG = 30.0 - (303 × 0.100) = -0.3 kJ/mol (تلقائي)
• التفسير: يصبح هذا التفاعل تلقائيًا فوق حوالي 300 K

المثال 4: درجة حرارة التوازن

لتفاعل مع ΔH = 15.0 kJ/mol و ΔS = 0.050 kJ/(mol·K)، عند أي درجة حرارة سيحدث التوازن؟

عند التوازن، ΔG = 0، لذا: 0 = 15.0 - (T × 0.050) T = 15.0 ÷ 0.050 = 300 K

التفسير: تحت 300 K، يكون التفاعل غير تلقائي؛ فوق 300 K، يصبح تلقائيًا.

الأسئلة الشائعة

ما هي الطاقة الحرة لجيبس؟

الطاقة الحرة لجيبس (G) هي إمكانية ديناميكية حرارية تقيس الحد الأقصى من العمل القابل للعكس الذي يمكن أن تقوم به نظام عند درجة حرارة وضغط ثابتين. يشير تغير الطاقة الحرة لجيبس (ΔG) إلى ما إذا كانت عملية ستحدث تلقائيًا.

كيف أفسر قيمة الطاقة الحرة لجيبس السلبية؟

تشير قيمة الطاقة الحرة لجيبس السلبية (ΔG < 0) إلى أن التفاعل أو العملية تلقائية ويمكن أن تتقدم بدون إدخال طاقة خارجية. يعني ذلك أن التفاعل يطلق طاقة قابلة للاستخدام أثناء تقدمه نحو التوازن.

هل يمكن أن يكون تفاعل مع ΔH إيجابيًا تلقائيًا؟

نعم، يمكن أن يكون التفاعل مع تغير إنثالبي إيجابي (ماص للحرارة) تلقائيًا إذا كانت قيمة تغير الإنتروبيا إيجابية بما فيه الكفاية ودرجة الحرارة مرتفعة بما فيه الكفاية. عندما تتجاوز TΔS ΔH، تصبح القيمة الإجمالية ΔG سلبية، مما يجعل العملية تلقائية.

ما الفرق بين ΔG و ΔG°؟

تشير ΔG إلى تغير الطاقة الحرة لجيبس تحت أي ظروف، بينما تشير ΔG° إلى تغير الطاقة الحرة لجيبس القياسية عندما تكون جميع المتفاعلات والمنتجات في حالاتهم القياسية (عادةً ضغط 1 atm، وتركيز 1 M للحلول، وغالبًا عند 298.15 K).

كيف تؤثر درجة الحرارة على تلقائية التفاعل؟

تؤثر درجة الحرارة بشكل مباشر على الحد -TΔS في معادلة جيبس. بالنسبة للتفاعلات ذات تغير الإنتروبيا الإيجابي (ΔS > 0)، تجعل زيادة درجة الحرارة الحد -TΔS أكثر سلبية، مما قد يجعل ΔG الإجمالية سلبية (تلقائية). على العكس، بالنسبة للتفاعلات ذات تغير الإنتروبيا السلبي (ΔS < 0)، تجعل زيادة درجة الحرارة التفاعل أقل ملاءمة.

ما هي العلاقة بين الطاقة الحرة لجيبس والتوازن؟

عند التوازن، ΔG = 0. ترتبط الطاقة الحرة لجيبس القياسية (ΔG°) بالثابت التوازني (K) من خلال المعادلة: ΔG° = -RT ln(K)، حيث R هو ثابت الغاز وT هي درجة الحرارة بالكلفن.

هل يمكن أن تتنبأ الطاقة الحرة لجيبس بمعدلات التفاعل؟

لا، الطاقة الحرة لجيبس تتنبأ فقط بما إذا كان التفاعل مواتيًا ديناميكيًا (تلقائيًا)، وليس مدى سرعة حدوثه. قد يكون التفاعل تلقائيًا (ΔG سلبية كبيرة) ولكنه يتقدم ببطء شديد بسبب الحواجز الحركية أو طاقة التنشيط العالية.

كيف يمكنني حساب الطاقة الحرة لجيبس للتفاعلات في ظروف غير قياسية؟

لحساب الطاقة الحرة لجيبس في ظروف غير قياسية، يمكنك استخدام المعادلة: ΔG = ΔG° + RT ln(Q)، حيث Q هو حاصل التفاعل، وR هو ثابت الغاز، وT هي درجة الحرارة بالكلفن.

ما هي الوحدات المستخدمة للطاقة الحرة لجيبس؟

تُعبر الطاقة الحرة لجيبس عادةً بالكيلوجول لكل مول (kJ/mol) أو السعرات الحرارية لكل مول (cal/mol). في وحدات SI، ستكون بالجول لكل مول (J/mol).

من اكتشف الطاقة الحرة لجيبس؟

طور جوسيا ويلارد جيبس، عالم أمريكي، مفهوم الطاقة الحرة لجيبس في عمله "حول توازن المواد غير المتجانسة"، الذي نُشر بين عامي 1875 و1878. أسس هذا العمل أساس الديناميكا الحرارية الكيميائية.

المراجع

1. أتكينز، ب. ودي باولا، ج. (2014). الكيمياء الفيزيائية لأتكينز (الإصدار العاشر). مطبعة جامعة أكسفورد.

2. تشانغ، ر. (2019). الكيمياء الفيزيائية للعلوم الكيميائية. مطبعة العلوم الجامعية.

3. إنجل، ت. ورييد، ب. (2018). الكيمياء الفيزيائية (الإصدار الرابع). بيرسون.

4. ليفين، إ. ن. (2015). الكيمياء الفيزيائية (الإصدار السادس). ماكغرو-هيل.

5. سميث، ج. م. وفان نيس، ه. ج. وأبوت، م. م. (2017). مقدمة في الديناميكا الحرارية الهندسية الكيميائية (الإصدار الثامن). ماكغرو-هيل.

6. جيبس، ج. و. (1878). حول توازن المواد غير المتجانسة. معاملات أكاديمية كونكتيكت للفنون والعلوم، 3، 108-248.

7. لويس، غ. ن. وراندال، م. (1923). الديناميكا الحرارية والطاقة الحرة للمواد الكيميائية. ماكغرو-هيل.

8. IUPAC. (2014). موسوعة المصطلحات الكيميائية (كتاب الذهب). النسخة 2.3.3. تم الاسترجاع من http://goldbook.iupac.org/

9. ساندر، س. إ. (2017). الديناميكا الحرارية الكيميائية والبيوكيميائية والهندسية (الإصدار الخامس). وايلي.

10. دينبيغ، ك. (1981). مبادئ التوازن الكيميائي (الإصدار الرابع). مطبعة جامعة كامبريدج.

---

هل أنت مستعد لحساب الطاقة الحرة لجيبس لتفاعلاتك الكيميائية أو عملياتك؟ استخدم حاسبتنا أعلاه لتحديد بسرعة ما إذا كان تفاعلك سيكون تلقائيًا تحت ظروفك المحددة. إن فهم الطاقة الحرة لجيبس هو المفتاح للتنبؤ بسلوك الكيمياء وتحسين العمليات في تطبيقات الكيمياء والكيمياء الحيوية والهندسة.