ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳಿಗಾಗಿ ಗಿಬ್ಸ್ ಉಚಿತ ಶಕ್ತಿ ಕ್ಯಾಲ್ಕುಲೇಟರ್

ಎಂಟಾಲ್ಪಿ (ΔH), ತಾಪಮಾನ (T), ಮತ್ತು ಎಂಟ್ರೊಪಿ (ΔS) ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ನಮೂದಿಸುವ ಮೂಲಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ಸ್ವಾಯತ್ತತೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಲು ಗಿಬ್ಸ್ ಉಚಿತ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು (ΔG) ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ. ರಾಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ, ಜೀವರಾಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ, ಮತ್ತು ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಿಗೆ ಅಗತ್ಯ.

ಗಿಬ್ಸ್ ಉಚಿತ ಶಕ್ತಿ ಗಣಕ

ΔG = ΔH - TΔS

ಅಲ್ಲಿ ΔG ಗಿಬ್ಸ್ ಉಚಿತ ಶಕ್ತಿ, ΔH ಎಂಟಾಲ್ಪಿ, T ತಾಪಮಾನ, ಮತ್ತು ΔS ಎಂಟ್ರೋಪಿಯಾಗಿದೆ

ಎಂಟಾಲ್ಪಿ ಬದಲಾವಣೆ (ΔH) *

kJ/mol

ತಾಪಮಾನ (T) *

ಎಂಟ್ರೋಪಿ ಬದಲಾವಣೆ (ΔS) *

kJ/(mol·K)

📚

ದಸ್ತಾವೇಜನೆಯು

गिब्स फ्री एनर्जी कैलकुलेटर

परिचय

गिब्स फ्री एनर्जी कैलकुलेटर थर्मोडायनामिक्स में एक आवश्यक उपकरण है जो यह निर्धारित करने में मदद करता है कि क्या कोई रासायनिक प्रतिक्रिया या भौतिक प्रक्रिया स्थिर तापमान और दबाव की परिस्थितियों के तहत स्वाभाविक रूप से होगी। जोसिया विलार्ड गिब्स के नाम पर रखा गया, यह थर्मोडायनामिक संभाव्यता रासायनिक संतुलन, प्रतिक्रिया की संभाव्यता और विभिन्न वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में ऊर्जा रूपांतरणों को समझने के लिए महत्वपूर्ण है। हमारा कैलकुलेटर गिब्स फ्री एनर्जी (ΔG) की गणना करने का एक सीधा तरीका प्रदान करता है, जिसका मूल समीकरण ΔG = ΔH - TΔS है, जहाँ ΔH एंथाल्पी परिवर्तन को दर्शाता है, T तापमान है, और ΔS एंट्रॉपी परिवर्तन है।

गिब्स फ्री एनर्जी प्रतिक्रिया की स्वाभाविकता का एक शक्तिशाली भविष्यवक्ता है—नकारात्मक मान स्वाभाविक प्रक्रियाओं को इंगित करते हैं, जबकि सकारात्मक मान गैर-स्वाभाविक प्रतिक्रियाओं को दर्शाते हैं जिन्हें ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है। इस आवश्यक थर्मोडायनामिक पैरामीटर को समझकर और इसकी गणना करके, वैज्ञानिक, इंजीनियर और छात्र प्रतिक्रिया के परिणामों की भविष्यवाणी कर सकते हैं, प्रक्रियाओं को अनुकूलित कर सकते हैं, और रासायनिक और भौतिक परिवर्तन की ऊर्जा के बारे में गहरे अंतर्दृष्टि प्राप्त कर सकते हैं।

गिब्स फ्री एनर्जी का फॉर्मूला

गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन (ΔG) को निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके गणना की जाती है:

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

जहाँ:

ΔG = गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन (kJ/mol)
ΔH = एंथाल्पी परिवर्तन (kJ/mol)
T = तापमान (केल्विन)
ΔS = एंट्रॉपी परिवर्तन (kJ/(mol·K))

यह समीकरण दो मौलिक थर्मोडायनामिक कारकों के बीच संतुलन का प्रतिनिधित्व करता है:

एंथाल्पी परिवर्तन (ΔH): एक प्रक्रिया के दौरान स्थिर दबाव पर गर्मी के आदान-प्रदान का प्रतिनिधित्व करता है
एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS): प्रणाली के अव्यवस्था में परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है, जिसे तापमान से गुणा किया जाता है

परिणामों की व्याख्या

ΔG का संकेत प्रतिक्रिया की स्वाभाविकता के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करता है:

ΔG < 0 (नकारात्मक): प्रक्रिया स्वाभाविक (एक्सर्जोनिक) है और बिना बाहरी ऊर्जा इनपुट के हो सकती है
ΔG = 0: प्रणाली संतुलन में है जिसमें कोई शुद्ध परिवर्तन नहीं होता
ΔG > 0 (सकारात्मक): प्रक्रिया गैर-स्वाभाविक (एंडर्जोनिक) है और आगे बढ़ने के लिए ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता है

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि स्वाभाविकता प्रतिक्रिया की गति को अनिवार्य रूप से इंगित नहीं करती—एक स्वाभाविक प्रतिक्रिया बिना उत्प्रेरक के बहुत धीरे-धीरे भी हो सकती है।

मानक गिब्स फ्री एनर्जी

मानक गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन (ΔG°) उस ऊर्जा परिवर्तन को संदर्भित करता है जब सभी अभिकर्ता और उत्पाद अपने मानक स्थितियों में होते हैं (आमतौर पर 1 एटम दबाव, 1 M सांद्रता समाधानों के लिए, और अक्सर 298.15 K या 25°C पर)। समीकरण बन जाता है:

$\Delta G° = \Delta H° - T\Delta S°$

जहाँ ΔH° और ΔS° क्रमशः मानक एंथाल्पी और एंट्रॉपी परिवर्तन हैं।

इस कैलकुलेटर का उपयोग कैसे करें

हमारा गिब्स फ्री एनर्जी कैलकुलेटर सरलता और उपयोग में आसानी के लिए डिज़ाइन किया गया है। अपने प्रतिक्रिया या प्रक्रिया के लिए गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन की गणना करने के लिए इन चरणों का पालन करें:

एंथाल्पी परिवर्तन (ΔH) को किलोजूल प्रति मोल (kJ/mol) में दर्ज करें
- यह मान स्थिर दबाव पर प्रतिक्रिया के दौरान अवशोषित या मुक्त गर्मी का प्रतिनिधित्व करता है
- सकारात्मक मान एंडोथर्मिक प्रक्रियाओं (गर्मी अवशोषित) को दर्शाते हैं
- नकारात्मक मान एक्सोथर्मिक प्रक्रियाओं (गर्मी मुक्त) को दर्शाते हैं
तापमान (T) को केल्विन में इनपुट करें
- यदि आवश्यक हो तो सेल्सियस से परिवर्तित करना न भूलें (K = °C + 273.15)
- मानक तापमान आमतौर पर 298.15 K (25°C) होता है
एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS) को किलोजूल प्रति मोल-केल्विन (kJ/(mol·K)) में दर्ज करें
- यह मान अव्यवस्था या यादृच्छिकता में परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है
- सकारात्मक मान बढ़ती अव्यवस्था को दर्शाते हैं
- नकारात्मक मान घटती अव्यवस्था को दर्शाते हैं
परिणाम देखें
- कैलकुलेटर स्वचालित रूप से गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन (ΔG) की गणना करेगा
- परिणाम kJ/mol में प्रदर्शित किया जाएगा
- यह बताया जाएगा कि प्रक्रिया स्वाभाविक है या गैर-स्वाभाविक है

इनपुट मान्यता

कैलकुलेटर उपयोगकर्ता इनपुट पर निम्नलिखित जांच करता है:

सभी मान संख्यात्मक होने चाहिए
तापमान केल्विन में होना चाहिए और सकारात्मक होना चाहिए (T > 0)
एंथाल्पी और एंट्रॉपी सकारात्मक, नकारात्मक, या शून्य हो सकते हैं

यदि अमान्य इनपुट का पता लगाया जाता है, तो एक त्रुटि संदेश प्रदर्शित किया जाएगा, और गणना तब तक नहीं होगी जब तक कि इसे सही नहीं किया जाए।

चरण-दर-चरण गणना उदाहरण

आइए एक व्यावहारिक उदाहरण के माध्यम से चलें ताकि यह प्रदर्शित किया जा सके कि गिब्स फ्री एनर्जी कैलकुलेटर का उपयोग कैसे किया जाए:

उदाहरण: ΔH = -92.4 kJ/mol और ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) पर 298 K पर प्रतिक्रिया के लिए गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन की गणना करें।

ΔH = -92.4 kJ/mol दर्ज करें
T = 298 K दर्ज करें
ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) दर्ज करें
कैलकुलेटर गणना करता है: 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
व्याख्या: चूंकि ΔG नकारात्मक है (-121.81 kJ/mol), यह प्रतिक्रिया 298 K पर स्वाभाविक है।

उपयोग के मामले

गिब्स फ्री एनर्जी की गणनाएँ कई वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में आवश्यक हैं:

1. रासायनिक प्रतिक्रिया की संभाव्यता

रसायनज्ञ गिब्स फ्री एनर्जी का उपयोग यह भविष्यवाणी करने के लिए करते हैं कि क्या कोई प्रतिक्रिया दी गई परिस्थितियों के तहत स्वाभाविक रूप से होगी। यह मदद करता है:

नए यौगिकों के लिए संश्लेषण पथों को डिजाइन करना
उपज में सुधार के लिए प्रतिक्रिया की परिस्थितियों को अनुकूलित करना
प्रतिक्रिया तंत्र और मध्यवर्ती को समझना
प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रियाओं में उत्पाद वितरण की भविष्यवाणी करना

2. जैव रासायनिक प्रक्रियाएँ

जैव रसायन और आणविक जीवविज्ञान में, गिब्स फ्री एनर्जी यह समझने में मदद करता है:

चयापचय पथ और ऊर्जा रूपांतरण
प्रोटीन का मोड़ना और स्थिरता
एंजाइम-प्रेरित प्रतिक्रियाएँ
कोशिका झिल्ली परिवहन प्रक्रियाएँ
DNA और RNA इंटरैक्शन

3. सामग्री विज्ञान

सामग्री वैज्ञानिक और इंजीनियर गिब्स फ्री एनर्जी गणनाओं का उपयोग करते हैं:

चरण आरेख विकास
मिश्र धातु डिजाइन और अनुकूलन
जंग व्यवहार की भविष्यवाणी करना
ठोस-राज्य प्रतिक्रियाओं को समझना
विशिष्ट गुणों के साथ नए सामग्रियों को डिजाइन करना

4. पर्यावरण विज्ञान

पर्यावरणीय अनुप्रयोगों में शामिल हैं:

प्रदूषक परिवहन और भाग्य की भविष्यवाणी करना
भू-रासायनिक प्रक्रियाओं को समझना
वायुमंडलीय प्रतिक्रियाओं का मॉडलिंग
सुधार रणनीतियों को डिजाइन करना
जलवायु परिवर्तन तंत्र का अध्ययन करना

5. औद्योगिक प्रक्रियाएँ

औद्योगिक सेटिंग्स में, गिब्स फ्री एनर्जी गणनाएँ अनुकूलित करने में मदद करती हैं:

रासायनिक निर्माण प्रक्रियाएँ
पेट्रोलियम परिशोधन संचालन
औषधीय उत्पादन
खाद्य प्रसंस्करण तकनीकें
ऊर्जा उत्पादन प्रणाली

विकल्प

हालांकि गिब्स फ्री एनर्जी एक शक्तिशाली थर्मोडायनामिक उपकरण है, लेकिन कुछ परिस्थितियों में अन्य संबंधित पैरामीटर अधिक उपयुक्त हो सकते हैं:

1. हेल्महोल्ट्ज फ्री एनर्जी (A या F)

A = U - TS (जहाँ U आंतरिक ऊर्जा है) के रूप में परिभाषित, हेल्महोल्ट्ज फ्री एनर्जी स्थिर मात्रा वाले प्रणालियों के लिए अधिक उपयुक्त है न कि स्थिर दबाव के लिए। यह विशेष रूप से उपयोगी है:

सांख्यिकीय यांत्रिकी में
ठोस-राज्य भौतिकी में
उन प्रणालियों में जहाँ मात्रा सीमित है

2. एंथाल्पी (H)

उन प्रक्रियाओं के लिए जहाँ केवल गर्मी का आदान-प्रदान महत्वपूर्ण है और एंट्रॉपी प्रभाव नगण्य हैं, एंथाल्पी (H = U + PV) पर्याप्त हो सकती है। इसका अक्सर उपयोग किया जाता है:

सरल दहन गणनाओं में
गर्मी और ठंड प्रक्रियाओं में
कैलोरीमेट्री प्रयोगों में

3. एंट्रॉपी (S)

जब केवल अव्यवस्था और संभावना पर ध्यान केंद्रित किया जाता है, तो एंट्रॉपी अकेले रुचि का पैरामीटर हो सकती है, विशेष रूप से:

सूचना सिद्धांत में
सांख्यिकीय विश्लेषण में
अपरिवर्तनीयता अध्ययनों में
गर्मी इंजन की दक्षता गणनाओं में

4. रासायनिक संभाव्यता (μ)

विभिन्न संरचना वाली प्रणालियों के लिए, रासायनिक संभाव्यता (आंशिक मोलर गिब्स ऊर्जा) महत्वपूर्ण हो जाती है:

चरण संतुलन में
समाधान रसायन विज्ञान में
इलेक्ट्रोकेमिकल प्रणालियों में
झिल्ली परिवहन में

गिब्स फ्री एनर्जी का इतिहास

गिब्स फ्री एनर्जी की अवधारणा थर्मोडायनामिक्स के विकास में एक समृद्ध इतिहास है:

उत्पत्ति और विकास

जोसिया विलार्ड गिब्स (1839-1903), एक अमेरिकी वैज्ञानिक और गणितज्ञ, ने अपने अभूतपूर्व काम "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" में इस अवधारणा को पहली बार पेश किया, जो 1875 और 1878 के बीच प्रकाशित हुआ। यह काम 19वीं सदी में भौतिक विज्ञान की सबसे बड़ी उपलब्धियों में से एक माना जाता है, जिसने रासायनिक थर्मोडायनामिक्स की नींव स्थापित की।

गिब्स ने रासायनिक प्रणालियों में संतुलन की स्थितियों को समझने का प्रयास करते समय इस थर्मोडायनामिक संभाव्यता को विकसित किया। उन्होंने पहचाना कि स्थिर तापमान और दबाव पर, स्वाभाविक परिवर्तन की दिशा को एक एकल कार्य द्वारा भविष्यवाणी की जा सकती है जो एंथाल्पी और एंट्रॉपी प्रभावों को जोड़ती है।

प्रमुख ऐतिहासिक मील के पत्थर

1873: गिब्स अपने थर्मोडायनामिक प्रणालियों पर काम करना शुरू करते हैं
1875-1878: "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" का प्रकाशन, जिसमें गिब्स ऊर्जा की अवधारणा का परिचय दिया गया
1882-1883: जर्मन भौतिक विज्ञानी हर्मन वॉन हेल्महोल्ट्ज स्वतंत्र रूप से समान संबंधों को व्युत्पन्न करते हैं
1900 के प्रारंभ: गिल्बर्ट एन. लुईस और मर्ल रैंडल रासायनिक थर्मोडायनामिक्स की नोटेशन और अनुप्रयोगों को मानकीकरण करते हैं
1923: लुईस और रैंडल "Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances" प्रकाशित करते हैं, जो रसायन विज्ञान में गिब्स फ्री एनर्जी के उपयोग को लोकप्रिय बनाते हैं
1933: एडवर्ड ए. गगनहाइम आधुनिक नोटेशन और शब्दावली को पेश करते हैं जो आज भी उपयोग में है
20वीं सदी के मध्य: गिब्स ऊर्जा की अवधारणाओं को सांख्यिकीय यांत्रिकी और क्वांटम सिद्धांत के साथ एकीकृत किया गया
20वीं सदी के अंत: कंप्यूटेशनल विधियों ने वास्तविक प्रणालियों के लिए जटिल गिब्स ऊर्जा गणनाओं को सक्षम किया

प्रभाव और विरासत

गिब्स का काम शुरू में अमेरिका में बहुत कम ध्यान प्राप्त करता था लेकिन यूरोप में, विशेष रूप से जब इसे विल्हेम ओस्टवाल्ड द्वारा जर्मन में अनुवादित किया गया, तब इसकी उच्च सराहना की गई। आज, गिब्स फ्री एनर्जी भौतिक रसायन, रासायनिक इंजीनियरिंग, सामग्री विज्ञान और जैव रसायन में एक मूलभूत अवधारणा है। गिब्स फ्री एनर्जी गणनाओं का उपयोग करके प्रतिक्रिया की स्वाभाविकता और संतुलन स्थितियों की भविष्यवाणी करने की क्षमता ने अनगिनत वैज्ञानिक प्रगति और तकनीकी नवाचारों को सक्षम किया है।

कोड उदाहरण

यहाँ विभिन्न प्रोग्रामिंग भाषाओं में गिब्स फ्री एनर्जी की गणना करने के उदाहरण दिए गए हैं:

1' Excel फॉर्मूला गिब्स फ्री एनर्जी के लिए
2=B2-(C2*D2)
3
4' जहाँ:
5' B2 में एंथाल्पी परिवर्तन (ΔH) kJ/mol में है
6' C2 में तापमान (T) केल्विन में है
7' D2 में एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS) kJ/(mol·K) में है
8

1def calculate_gibbs_free_energy(enthalpy, temperature, entropy):
2    """
3    गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन की गणना करें
4    
5    पैरामीटर:
6    enthalpy (float): एंथाल्पी परिवर्तन kJ/mol में
7    temperature (float): तापमान केल्विन में
8    entropy (float): एंट्रॉपी परिवर्तन kJ/(mol·K) में
9    
10    लौटाता है:
11    float: गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन kJ/mol में
12    """
13    gibbs_energy = enthalpy - (temperature * entropy)
14    return gibbs_energy
15
16# उदाहरण उपयोग
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"गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन: {delta_g:.2f} kJ/mol")
23
24# स्वाभाविकता निर्धारित करें
25if delta_g < 0:
26    print("प्रतिक्रिया स्वाभाविक है।")
27elif delta_g > 0:
28    print("प्रतिक्रिया गैर-स्वाभाविक है।")
29else:
30    print("प्रतिक्रिया संतुलन में है।")
31

1function calculateGibbsFreeEnergy(enthalpy, temperature, entropy) {
2  // गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन की गणना करें
3  // enthalpy: kJ/mol
4  // temperature: केल्विन
5  // entropy: kJ/(mol·K)
6  
7  const gibbsEnergy = enthalpy - (temperature * entropy);
8  return gibbsEnergy;
9}
10
11// उदाहरण उपयोग
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(`गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन: ${deltaG.toFixed(2)} kJ/mol`);
18
19// स्वाभाविकता निर्धारित करें
20if (deltaG < 0) {
21  console.log("प्रतिक्रिया स्वाभाविक है।");
22} else if (deltaG > 0) {
23  console.log("प्रतिक्रिया गैर-स्वाभाविक है।");
24} else {
25  console.log("प्रतिक्रिया संतुलन में है।");
26}
27

1public class GibbsFreeEnergyCalculator {
2    /**
3     * गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन की गणना करें
4     * 
5     * @param enthalpy एंथाल्पी परिवर्तन kJ/mol में
6     * @param temperature तापमान केल्विन में
7     * @param entropy एंट्रॉपी परिवर्तन kJ/(mol·K) में
8     * @return गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन kJ/mol में
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("गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन: %.2f kJ/mol%n", deltaG);
21        
22        // स्वाभाविकता निर्धारित करें
23        if (deltaG < 0) {
24            System.out.println("प्रतिक्रिया स्वाभाविक है।");
25        } else if (deltaG > 0) {
26            System.out.println("प्रतिक्रिया गैर-स्वाभाविक है।");
27        } else {
28            System.out.println("प्रतिक्रिया संतुलन में है।");
29        }
30    }
31}
32

1#include <iostream>
2#include <iomanip>
3
4/**
5 * गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन की गणना करें
6 * 
7 * @param enthalpy एंथाल्पी परिवर्तन kJ/mol में
8 * @param temperature तापमान केल्विन में
9 * @param entropy एंट्रॉपी परिवर्तन kJ/(mol·K) में
10 * @return गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन kJ/mol में
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 << "गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन: " << std::fixed << std::setprecision(2) 
24              << deltaG << " kJ/mol" << std::endl;
25    
26    // स्वाभाविकता निर्धारित करें
27    if (deltaG < 0) {
28        std::cout << "प्रतिक्रिया स्वाभाविक है।" << std::endl;
29    } else if (deltaG > 0) {
30        std::cout << "प्रतिक्रिया गैर-स्वाभाविक है।" << std::endl;
31    } else {
32        std::cout << "प्रतिक्रिया संतुलन में है।" << std::endl;
33    }
34    
35    return 0;
36}
37

1# R फ़ंक्शन गिब्स फ्री एनर्जी की गणना करने के लिए
2calculate_gibbs_free_energy <- function(enthalpy, temperature, entropy) {
3  # enthalpy: kJ/mol
4  # temperature: केल्विन
5  # entropy: kJ/(mol·K)
6  
7  gibbs_energy <- enthalpy - (temperature * entropy)
8  return(gibbs_energy)
9}
10
11# उदाहरण उपयोग
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("गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन: %.2f kJ/mol\n", delta_g))
18
19# स्वाभाविकता निर्धारित करें
20if (delta_g < 0) {
21  cat("प्रतिक्रिया स्वाभाविक है।\n")
22} else if (delta_g > 0) {
23  cat("प्रतिक्रिया गैर-स्वाभाविक है।\n")
24} else {
25  cat("प्रतिक्रिया संतुलन में है।\n")
26}
27

तापमान पर निर्भरता गिब्स फ्री एनर्जी

तापमान (K) गिब्स फ्री एनर्जी (kJ/mol)

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

स्वाभाविक (ΔG < 0) गैर-स्वाभाविक (ΔG > 0)

100 200 300 400

संख्यात्मक उदाहरण

यहाँ गिब्स फ्री एनर्जी गणनाओं के कुछ व्यावहारिक उदाहरण दिए गए हैं:

उदाहरण 1: एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया जिसमें एंट्रॉपी बढ़ रही है

एंथाल्पी परिवर्तन (ΔH) = -85.0 kJ/mol
तापमान (T) = 298 K
एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS) = 0.156 kJ/(mol·K)
गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन (ΔG) = -85.0 - (298 × 0.156) = -131.49 kJ/mol
व्याख्या: एंथाल्पी और एंट्रॉपी दोनों के अनुकूल होने के कारण यह प्रतिक्रिया मजबूत रूप से स्वाभाविक है

उदाहरण 2: एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया जिसमें एंट्रॉपी बढ़ रही है

एंथाल्पी परिवर्तन (ΔH) = 42.5 kJ/mol
तापमान (T) = 298 K
एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS) = 0.125 kJ/(mol·K)
गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन (ΔG) = 42.5 - (298 × 0.125) = 5.25 kJ/mol
व्याख्या: 298 K पर गैर-स्वाभाविक, लेकिन उच्च तापमान पर स्वाभाविक हो सकता है

उदाहरण 3: तापमान-निर्भर स्वाभाविकता

एंथाल्पी परिवर्तन (ΔH) = 30.0 kJ/mol
एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS) = 0.100 kJ/(mol·K)
T = 273 K पर: ΔG = 30.0 - (273 × 0.100) = 2.7 kJ/mol (गैर-स्वाभाविक)
T = 298 K पर: ΔG = 30.0 - (298 × 0.100) = 0.2 kJ/mol (गैर-स्वाभाविक)
T = 303 K पर: ΔG = 30.0 - (303 × 0.100) = -0.3 kJ/mol (स्वाभाविक)
व्याख्या: यह प्रतिक्रिया लगभग 300 K पर स्वाभाविक हो जाती है

उदाहरण 4: संतुलन तापमान

ΔH = 15.0 kJ/mol और ΔS = 0.050 kJ/(mol·K) वाली प्रतिक्रिया के लिए संतुलन कब होगा?

संतुलन पर, ΔG = 0, इसलिए: 0 = 15.0 - (T × 0.050) T = 15.0 ÷ 0.050 = 300 K

व्याख्या: 300 K से नीचे, प्रतिक्रिया गैर-स्वाभाविक है; 300 K से ऊपर, यह स्वाभाविक हो जाती है।

सामान्य प्रश्न

गिब्स फ्री एनर्जी क्या है?

गिब्स फ्री एनर्जी (G) एक थर्मोडायनामिक संभाव्यता है जो यह मापती है कि एक प्रणाली स्थिर तापमान और दबाव पर अधिकतम उलटने योग्य कार्य कितना कर सकती है। गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन (ΔG) यह संकेत करता है कि क्या कोई प्रक्रिया स्वाभाविक रूप से होगी।

नकारात्मक गिब्स फ्री एनर्जी मान की व्याख्या कैसे करें?

नकारात्मक गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन (ΔG < 0) यह इंगित करता है कि प्रतिक्रिया या प्रक्रिया स्वाभाविक है और बिना बाहरी ऊर्जा इनपुट के आगे बढ़ सकती है। इसका मतलब है कि प्रतिक्रिया संतुलन की ओर बढ़ते समय उपयोगी ऊर्जा मुक्त करती है।

क्या सकारात्मक ΔH वाली प्रतिक्रिया स्वाभाविक हो सकती है?

हाँ, सकारात्मक एंथाल्पी परिवर्तन (एंडोथर्मिक) वाली प्रतिक्रिया तब भी स्वाभाविक हो सकती है जब एंट्रॉपी परिवर्तन काफी सकारात्मक हो और तापमान बहुत उच्च हो। जब TΔS ΔH से अधिक हो जाता है, तो कुल ΔG नकारात्मक हो जाता है, जिससे प्रक्रिया स्वाभाविक हो जाती है।

ΔG और ΔG° के बीच क्या अंतर है?

ΔG किसी भी परिस्थितियों के तहत गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन को संदर्भित करता है, जबकि ΔG° मानक गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन को संदर्भित करता है जब सभी अभिकर्ता और उत्पाद अपने मानक स्थितियों में होते हैं (आमतौर पर 1 एटम दबाव, 1 M सांद्रता समाधानों के लिए, और अक्सर 298.15 K पर)।

तापमान प्रतिक्रिया की स्वाभाविकता को कैसे प्रभावित करता है?

तापमान सीधे गिब्स समीकरण में TΔS पद को प्रभावित करता है। सकारात्मक एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS > 0) वाली प्रतिक्रियाओं के लिए, तापमान बढ़ाने से -TΔS पद अधिक नकारात्मक हो जाता है, जिससे कुल ΔG नकारात्मक (स्वाभाविक) हो जाता है। इसके विपरीत, नकारात्मक एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS < 0) वाली प्रतिक्रियाओं के लिए, तापमान बढ़ाने से प्रतिक्रिया कम अनुकूल हो जाती है।

गिब्स फ्री एनर्जी और संतुलन के बीच क्या संबंध है?

संतुलन पर, ΔG = 0 होता है। मानक गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन (ΔG°) संतुलन स्थिरांक (K) से संबंधित है समीकरण: ΔG° = -RT ln(K), जहाँ R गैस स्थिरांक है और T तापमान केल्विन में है।

क्या गिब्स फ्री एनर्जी प्रतिक्रिया की गति की भविष्यवाणी कर सकता है?

नहीं, गिब्स फ्री एनर्जी केवल यह भविष्यवाणी करता है कि क्या कोई प्रतिक्रिया थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल (स्वाभाविक) है, न कि यह कितनी तेजी से होगी। एक प्रतिक्रिया अत्यधिक स्वाभाविक (बड़ा नकारात्मक ΔG) हो सकती है लेकिन फिर भी उच्च सक्रियण ऊर्जा या कीनिटिक बाधाओं के कारण बहुत धीरे-धीरे आगे बढ़ सकती है।

क्या मैं गैर-मानक परिस्थितियों में गिब्स फ्री एनर्जी की गणना कर सकता हूँ?

गैर-मानक परिस्थितियों के लिए, आप समीकरण का उपयोग कर सकते हैं: ΔG = ΔG° + RT ln(Q), जहाँ Q प्रतिक्रिया गुणांक है, R गैस स्थिरांक है, और T तापमान केल्विन में है।

गिब्स फ्री एनर्जी के लिए कौन से यूनिट्स का उपयोग किया जाता है?

गिब्स फ्री एनर्जी को आमतौर पर किलोजूल प्रति मोल (kJ/mol) या कैलोरी प्रति मोल (cal/mol) में व्यक्त किया जाता है। SI यूनिट्स में, यह जूल प्रति मोल (J/mol) होगी।

गिब्स फ्री एनर्जी की खोज किसने की?

जोसिया विलार्ड गिब्स, एक अमेरिकी वैज्ञानिक, ने गिब्स फ्री एनर्जी की अवधारणा को अपने काम "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" में विकसित किया, जो 1875 और 1878 के बीच प्रकाशित हुआ। यह काम रासायनिक थर्मोडायनामिक्स की नींव स्थापित करता है।

संदर्भ

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