गिब्स मुक्त ऊर्जा गणक

परिचय

गिब्स मुक्त ऊर्जा गणक थर्मोडायनमिक्स में एक आवश्यक उपकरण है जो यह निर्धारित करने में मदद करता है कि क्या एक रासायनिक प्रतिक्रिया या भौतिक प्रक्रिया स्थिर तापमान और दबाव की स्थितियों के तहत स्वाभाविक रूप से होगी। जोसियाह विलार्ड गिब्स के नाम पर, यह थर्मोडायनमिक संभाव्यता रासायनिक संतुलन, प्रतिक्रिया की संभावना, और विभिन्न वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में ऊर्जा रूपांतरणों को समझने के लिए महत्वपूर्ण है। हमारा गणक गिब्स मुक्त ऊर्जा (ΔG) की गणना करने का एक सीधा तरीका प्रदान करता है, जिसका मूल समीकरण ΔG = ΔH - TΔS है, जहाँ ΔH एंथाल्पी परिवर्तन, T तापमान, और ΔS एंट्रॉपी परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है।

गिब्स मुक्त ऊर्जा प्रतिक्रिया की स्वाभाविकता का एक शक्तिशाली भविष्यवक्ता है—नकारात्मक मान स्वाभाविक प्रक्रियाओं को इंगित करते हैं, जबकि सकारात्मक मान गैर-स्वाभाविक प्रतिक्रियाओं का संकेत देते हैं जिन्हें ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है। इस आवश्यक थर्मोडायनमिक 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 संबंधों में गहरी अंतर्दृष्टि प्राप्त कर सकते हैं।

गिब्स मुक्त ऊर्जा का सूत्र

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

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

जहाँ:

• ΔG = गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन (kJ/mol)
• ΔH = एंथाल्पी परिवर्तन (kJ/mol)
• T = तापमान (केल्विन)
• ΔS = एंट्रॉपी परिवर्तन (kJ/(mol·K))

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

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

परिणामों की व्याख्या

ΔG का चिह्न 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 है
• 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 हमेशा प्रतिक्रिया की गति को इंगित नहीं करती है—एक स्वाभाविक प्रतिक्रिया फिर भी बिना उत्प्रेरक के बहुत धीरे-धीरे हो सकती है।

मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा

मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन (ΔG°) उस ऊर्जा परिवर्तन को संदर्भित करता है जब सभी अभिकारक और उत्पाद अपने मानक अवस्थाओं में होते हैं (आम तौर पर 1 एटीएम दबाव, 1 M सांद्रता वाले समाधान 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° मानक एंथाल्पी और एंट्रॉपी परिवर्तन हैं, क्रमशः।

इस गणक का उपयोग कैसे करें

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

1. एंथाल्पी परिवर्तन (ΔH) को किलोजूल प्रति मोल (kJ/mol) में दर्ज करें

   • यह मान उस प्रतिक्रिया के दौरान स्थिर दबाव पर अवशोषित या मुक्त गर्मी का प्रतिनिधित्व करता है
   • सकारात्मक मान एंडोथर्मिक प्रक्रियाओं (गर्मी अवशोषित) को इंगित करते हैं
   • नकारात्मक मान एक्सोथर्मिक प्रक्रियाओं (गर्मी मुक्त) को इंगित करते हैं

2. 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

3. 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 अव्यवस्था में वृद्धि को इंगित करते हैं
   • नकारात्मक मान अव्यवस्था में कमी को इंगित करते हैं

4. परिणाम देखें

   • गणक स्वचालित रूप से गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन (ΔG) की गणना करेगा
   • परिणाम किलोजूल प्रति मोल में प्रदर्शित होगा
   • यह बताया जाएगा कि प्रक्रिया स्वाभाविक है या गैर-स्वाभाविक

इनपुट मान्यता

गणक उपयोगकर्ता इनपुट पर निम्नलिखित जांच करता है:

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

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

चरण-दर-चरण गणना उदाहरण

आइए एक व्यावहारिक उदाहरण के माध्यम से चलें ताकि यह प्रदर्शित किया जा सके कि गिब्स मुक्त ऊर्जा गणक का उपयोग कैसे करें:

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

1. ΔH = -92.4 kJ/mol दर्ज करें

2. T = 298 K दर्ज करें

3. ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) दर्ज करें

4. गणक 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

5. व्याख्या: चूंकि ΔG नकारात्मक (-121.81 kJ/mol) है, यह प्रतिक्रिया 298 K पर स्वाभाविक है।

उपयोग के मामले

गिब्स मुक्त ऊर्जा गणनाएँ कई वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में आवश्यक हैं:

1. रासायनिक प्रतिक्रिया की संभावना

रसायनज्ञ गिब्स मुक्त ऊर्जा का उपयोग यह भविष्यवाणी करने के लिए करते हैं कि क्या एक 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 स्थितियों का अनुकूलन 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 मुक्त ऊर्जा यह समझने में मदद करती है:

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

3. सामग्री विज्ञान

सामग्री वैज्ञानिक और इंजीनियर गिब्स मुक्त ऊर्जा गणनाओं का उपयोग करते हैं:

• चरण आरेख विकास
• मिश्र धातु डिजाइन और अनुकूलन
• संक्षारण व्यवहार की भविष्यवाणी
• 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
• 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 मुक्त ऊर्जा गणनाएँ निम्नलिखित को अनुकूलित करने में मदद करती हैं:

• रासायनिक उत्पादन प्रक्रियाएँ
• पेट्रोलियम परिष्करण संचालन
• औषधीय उत्पादन
• खाद्य प्रसंस्करण तकनीकें
• ऊर्जा उत्पादन प्रणाली

विकल्प

हालांकि गिब्स मुक्त ऊर्जा एक शक्तिशाली थर्मोडायनमिक उपकरण है, अन्य संबंधित पैरामीटर कुछ स्थितियों में अधिक उपयुक्त हो सकते हैं:

1. हेल्महोल्ट्ज मुक्त ऊर्जा (A या F)

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

• सांख्यिकी यांत्रिकी में
• ठोस-राज्य भौतिकी में
• उन प्रणालियों में जहाँ मात्रा बाधित होती 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 सकता है। इसका अक्सर उपयोग किया जाता है:

• साधारण दहन गणनाओं में
• गर्मी और ठंडा करने की 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 के अध्ययन में
• गर्मी इंजन की दक्षता गणनाओं में

4. रासायनिक संभाव्यता (μ)

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

• चरण संतुलन में
• समाधान रसायन विज्ञान में
• विद्युत रासायनिक प्रणालियों में
• झिल्ली परिवहन में

गिब्स मुक्त ऊर्जा का इतिहास

गिब्स मुक्त ऊर्जा की अवधारणा थर्मोडायनमिक्स के विकास में एक समृद्ध इतिहास रखती है:

उत्पत्ति और विकास

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

गिब्स ने रासायनिक प्रणालियों में संतुलन की स्थितियों को समझने के लिए इस थर्मोडायनमिक संभाव्यता को विकसित किया। उन्होंने पहचाना कि स्थिर तापमान और दबाव पर, स्वाभाविक परिवर्तन की दिशा का अनुमान एक एकल कार्य द्वारा लगाया जा सकता है जो एंथाल्पी और एंट्रॉपी प्रभावों को जोड़ता है।

प्रमुख ऐतिहासिक मील के पत्थर

• 1873: गिब्स अपने थर्मोडायनमिक प्रणालियों पर काम करना शुरू करते हैं
• 1875-1878: "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" का प्रकाशन, जिसमें गिब्स ऊर्जा की अवधारणा प्रस्तुत की गई
• 1882-1883: जर्मन भौतिक विज्ञानी हर्मन वॉन हेल्महोल्ट्ज समान संबंधों को स्वतंत्र रूप से प्राप्त करते हैं
• 1900 के प्रारंभ: गिल्बर्ट एन. लुईस और मर्ल रैंडल रासायनिक थर्मोडायनमिक्स की संकेतन 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 मुक्त ऊर्जा के उपयोग को लोकप्रिय बनाता है
• 1933: एडवर्ड ए. गुगेनहाइम आधुनिक संकेतन और शब्दावली को पेश करते हैं जो आज भी उपयोग में है
• 20वीं सदी के मध्य: गिब्स ऊर्जा अवधारणाओं का सांख्यिकी यांत्रिकी और क्वांटम सिद्धांत के साथ एकीकरण
• 20वीं सदी के अंत: जटिल गिब्स ऊर्जा गणनाओं के लिए कंप्यूटेशनल विधियों का विकास

प्रभाव और विरासत

गिब्स का कार्य प्रारंभ में अमेरिका में कम ध्यान प्राप्त करता था लेकिन यूरोप में अत्यधिक सराहा गया, विशेष रूप से जब इसे विल्हेम ओस्टवाल्ड द्वारा जर्मन में अनुवादित किया गया। आज, गिब्स मुक्त ऊर्जा भौतिक रसायन, रासायनिक इंजीनियरिंग, सामग्री विज्ञान, और जैव रसायन में एक आधारभूत अवधारणा है। गिब्स मुक्त ऊर्जा 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 मुक्त ऊर्जा की गणना करने के उदाहरण दिए गए हैं:

1' Excel में गिब्स मुक्त ऊर्जा के लिए सूत्र
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 मुक्त ऊर्जा 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    रिटर्न:
11    float: गिब्स मुक्त ऊर्जा 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 मुक्त ऊर्जा 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 मुक्त ऊर्जा 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 मुक्त ऊर्जा 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 मुक्त ऊर्जा 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 मुक्त ऊर्जा 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 मुक्त ऊर्जा 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 मुक्त ऊर्जा 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 मुक्त ऊर्जा 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 मुक्त ऊर्जा 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 में गिब्स मुक्त ऊर्जा की गणना करने के लिए फ़ंक्शन
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 मुक्त ऊर्जा 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

गिब्स मुक्त ऊर्जा की तापमान निर्भरता

तापमान (K) गिब्स मुक्त ऊर्जा (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 मुक्त ऊर्जा गणनाओं के कुछ व्यावहारिक उदाहरण दिए गए हैं:

उदाहरण 1: एग्जोथर्मिक प्रतिक्रिया जिसमें एंट्रॉपी बढ़ती है

• एंथाल्पी परिवर्तन (ΔH) = -85.0 kJ/mol
• तापमान (T) = 298 K
• एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS) = 0.156 kJ/(mol·K)
• गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन (ΔG) = -85.0 - (298 × 0.156) = -131.49 kJ/mol
• व्याख्या: एंथाल्पी और एंट्रॉपी दोनों के अनुकूल होने के कारण यह प्रतिक्रिया अत्यधिक स्वाभाविक है

उदाहरण 2: एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया जिसमें एंट्रॉपी बढ़ती है

• एंथाल्पी परिवर्तन (ΔH) = 42.5 kJ/mol
• तापमान (T) = 298 K
• एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS) = 0.125 kJ/(mol·K)
• गिब्स मुक्त ऊर्जा 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 से ऊपर 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।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

गिब्स मुक्त ऊर्जा क्या है?

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

नकारात्मक गिब्स मुक्त ऊर्जा मान की व्याख्या कैसे करें?

नकारात्मक गिब्स मुक्त ऊर्जा 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, एक सकारात्मक एंथाल्पी परिवर्तन वाली प्रतिक्रिया (एंडोथर्मिक) तब भी स्वाभाविक हो सकती है यदि एंट्रॉपी परिवर्तन काफी सकारात्मक हो और तापमान बहुत अधिक 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° में क्या अंतर है?

ΔG किसी भी परिस्थितियों के तहत गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन को संदर्भित करता है, जबकि ΔG° उस मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन को संदर्भित करता है जब सभी अभिकारक और उत्पाद अपने मानक अवस्थाओं में होते हैं (आम तौर पर 1 एटीएम दबाव, 1 M सांद्रता वाले समाधान 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 हो सकता है (स्वाभाविक)। इसके विपरीत, नकारात्मक एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS < 0) वाली प्रतिक्रियाओं के लिए, तापमान बढ़ाने से प्रतिक्रिया कम अनुकूल हो जाती है।

गिब्स मुक्त ऊर्जा और संतुलन के बीच क्या संबंध है?

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

क्या गिब्स मुक्त ऊर्जा प्रतिक्रिया की गति की भविष्यवाणी कर सकती है?

नहीं, गिब्स मुक्त ऊर्जा केवल यह भविष्यवाणी करती है कि क्या एक प्रतिक्रिया थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल (स्वाभाविक) है, न कि यह कितनी जल्दी होगी। एक प्रतिक्रिया अत्यधिक स्वाभाविक (बड़ा नकारात्मक ΔG) हो सकती है लेकिन फिर भी उच्च सक्रियता ऊर्जा या गतिशील बाधाओं के कारण बहुत धीरे-धीरे हो सकती है।

क्या मैं गैर-मानक परिस्थितियों के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा 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 अनुपात है, R गैस स्थिरांक है, और T तापमान केल्विन में है।

गिब्स मुक्त ऊर्जा के लिए कौन से इकाइयाँ उपयोग की जाती हैं?

गिब्स मुक्त ऊर्जा आमतौर पर किलोजूल प्रति मोल (kJ/mol) या कैलोरी प्रति मोल (cal/mol) में व्यक्त की जाती है। SI इकाइयों में, यह जूल प्रति मोल (J/mol) होगी।

गिब्स मुक्त ऊर्जा की खोज किसने की?

जोसियाह विलार्ड गिब्स, एक अमेरिकी वैज्ञानिक, ने गिब्स मुक्त ऊर्जा की अवधारणा को अपने कार्य "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" में विकसित किया, जो 1875 और 1878 के बीच प्रकाशित हुआ। यह कार्य रासायनिक थर्मोडायनमिक्स की नींव स्थापित करता है।

संदर्भ

1. एटकिन्स, पी. डब्ल्यू., & डी पाउला, जे. (2014). एटकिन्स की भौतिक रसायन (10वाँ संस्करण)। ऑक्सफोर्ड यूनिवर्सिटी प्रेस।

2. चांग, आर. (2019). रासायनिक विज्ञान के लिए भौतिक रसायन। यूनिवर्सिटी साइंस बुक्स।

3. एंगेल, टी., & रीड, पी. (2018). भौतिक रसायन (4वाँ संस्करण)। पीयरसन।

4. लेविन, आई. एन. (2015). भौतिक रसायन (6वाँ संस्करण)। मैकग्रा-हिल शिक्षा।

5. स्मिथ, जे. एम., वैन नेस, एच. सी., & एबॉट, एम. एम. (2017). रासायनिक इंजीनियरिंग थर्मोडायनमिक्स का परिचय (8वाँ संस्करण)। मैकग्रा-हिल शिक्षा।

6. गिब्स, जे. डब्ल्यू. (1878). असमान पदार्थों के संतुलन पर। कनेक्टिकट अकादमी ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेस के लेनदेन, 3, 108-248।

7. लुईस, जी. एन., & रैंडल, एम. (1923). रासायनिक पदार्थों की थर्मोडायनमिक्स और मुक्त ऊर्जा। मैकग्रा-हिल।

8. IUPAC. (2014). रासायनिक शब्दावली का संकलन (गोल्ड बुक)। संस्करण 2.3.3। http://goldbook.iupac.org/ से प्राप्त किया गया

9. सैंडलर, एस. आई. (2017). रासायनिक, जैव रासायनिक, और इंजीनियरिंग थर्मोडायनमिक्स (5वाँ संस्करण)। विले।

10. डेनबिग, के. (1981). रासायनिक संतुलन के सिद्धांत (4वाँ संस्करण)। कैम्ब्रिज यूनिवर्सिटी प्रेस।

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