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 एक रासायनिक प्रतिक्रिया या भौतिक प्रक्रिया स्थिर तापमान और दबाव की स्थितियों के तहत स्वाभाविक रूप से होगी। जोसिया विलार्ड गिब्स के नाम पर रखा गया, यह थर्मोडायनामिक संभाव्यता रासायनिक संतुलन, प्रतिक्रिया की व्यवहार्यता और विभिन्न वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में ऊर्जा परिवर्तनों को समझने के लिए महत्वपूर्ण है। हमारा कैलकुलेटर गिब्स फ्री एनर्जी (ΔG) की गणना करने के लिए एक सीधा तरीका प्रदान करता है, जिसका मूल समीकरण ΔG = ΔH - TΔS है, जहाँ ΔH एंथलपी परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है, T तापमान है, और ΔS एंट्रॉपी परिवर्तन है।

गिब्स फ्री एनर्जी प्रतिक्रिया की स्वाभाविकता का एक शक्तिशाली पूर्वानुमानक 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 उसकी गणना करके, वैज्ञानिक, इंजीनियर और छात्र प्रतिक्रिया के परिणामों की भविष्यवाणी कर सकते हैं, प्रक्रियाओं को अनुकूलित कर सकते हैं, और रासायनिक और भौतिक परिवर्तनों की ऊर्जा संबंधी अंतर्दृष्टि प्राप्त कर सकते हैं।

गिब्स फ्री एनर्जी फॉर्मूला

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

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

जहाँ:

• ΔG = गिब्स फ्री एनर्जी परिवर्तन (kJ/mol)
• ΔH = एंथलपी 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:

1. एंथलपी परिवर्तन (ΔH): एक प्रक्रिया के दौरान स्थिर दबाव पर गर्मी के आदान-प्रदान का प्रतिनिधित्व करता है
2. एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS): प्रणाली के अराजकता 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 होती है

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि स्वाभाविकता प्रतिक्रिया की गति को अनिवार्य रूप से इंगित नहीं करती—एक स्वाभाविक प्रतिक्रिया अभी भी एक उत्प्रेरक के बिना बहुत धीरे-धीरे 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 राज्यों में होते हैं (आमतौर पर 1 एटम दबाव, 1 M सांद्रता के लिए समाधान, 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 एंथलपी और एंट्रॉपी परिवर्तनों को संदर्भित करते 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:

1. एंथलपी 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 अंतःक्रियात्मक प्रक्रियाओं (गर्मी अवशोषित) को दर्शाते हैं
   • नकारात्मक मान उत्सर्जक प्रक्रियाओं (गर्मी मुक्त) को दर्शाते हैं

2. तापमान (T) को केल्विन में इनपुट करें

   • यदि आवश्यक हो तो सेल्सियस से रूपांतरित 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 अराजकता या यादृच्छिकता में परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है
   • सकारात्मक मान बढ़ती अराजकता को दर्शाते हैं
   • नकारात्मक मान घटती अराजकता को दर्शाते हैं

4. 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 और सकारात्मक होना चाहिए (T > 0)
• एंथलपी 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 आगे नहीं बढ़ेगी जब तक कि इसे ठीक नहीं किया जाता।

चरण-दर-चरण गणना उदाहरण

आइए एक व्यावहारिक उदाहरण के माध्यम से चलते हैं ताकि यह प्रदर्शित किया जा सके कि गिब्स फ्री एनर्जी कैलकुलेटर का उपयोग कैसे किया जाता है:

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।

1. ΔH = -92.4 kJ/mol दर्ज करें

2. T = 298 K दर्ज करें

3. ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) दर्ज करें

4. 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

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

उपयोग के मामले

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

1. रासायनिक प्रतिक्रिया की व्यवहार्यता

रसायनज्ञ गिब्स फ्री एनर्जी का उपयोग यह भविष्यवाणी करने के लिए करते हैं कि क्या एक प्रतिक्रिया दिए गए 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 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 परिवर्तनों
• प्रोटीन फोल्डिंग 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
• संक्षारण व्यवहार की भविष्यवाणी
• ठोस अवस्था 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
• पुनर्स्थापन रणनीतियों को डिजाइन करना
• जलवायु परिवर्तन तंत्र का अध्ययन

5. औद्योगिक प्रक्रियाएँ

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

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

विकल्प

हालांकि गिब्स फ्री एनर्जी एक शक्तिशाली थर्मोडायनामिक उपकरण है, कुछ स्थितियों 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 अधिक उपयुक्त है उन प्रणालियों के लिए जिनमें स्थिर मात्रा होती है न कि स्थिर दबाव। यह विशेष रूप से उपयोगी है:

• सांख्यिकी यांत्रिकी में
• ठोस अवस्था भौतिकी में
• उन प्रणालियों में जहाँ मात्रा सीमित है

2. एंथलपी (H)

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

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

3. एंट्रॉपी (S)

जब केवल अराजकता और संभावना पर ध्यान केंद्रित किया जाता है, तो केवल एंट्रॉपी ही रुचि का पैरामीटर हो सकता है, विशेष रूप से:

• सूचना सिद्धांत में
• सांख्यिकीय विश्लेषण में
• अपरिवर्तनीयता के अध्ययन में
• गर्मी इंजन की दक्षता गणनाओं में

4. रासायनिक संभाव्यता (μ)

संरचना के साथ बदलती 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 फ्री एनर्जी का इतिहास

गिब्स फ्री एनर्जी की अवधारणा थर्मोडायनामिक्स के विकास में एक समृद्ध इतिहास रखती 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 कार्य 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 के लिए इस थर्मोडायनामिक संभाव्यता को विकसित किया। उन्होंने पहचाना कि स्थिर तापमान और दबाव पर, स्वाभाविक परिवर्तन की दिशा को एक एकल कार्य द्वारा पूर्वानुमानित किया जा सकता है जो एंथलपी और एंट्रॉपी के प्रभावों को जोड़ता 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 पेश की गई
• 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 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 फ्री एनर्जी के उपयोग को लोकप्रिय बनाता है
• 1933: एडवर्ड ए. गुगेनहाइम आधुनिक संकेतन और शब्दावली पेश करते हैं जो आज भी उपयोग में है
• 20वीं सदी के मध्य: गिब्स ऊर्जा की अवधारणाओं का सांख्यिकी यांत्रिकी और क्वांटम सिद्धांत के साथ एकीकरण
• 20वीं सदी के अंत: वास्तविक प्रणालियों के लिए जटिल गिब्स ऊर्जा गणनाओं की अनुमति देने वाली कम्प्यूटेशनल विधियाँ

प्रभाव और विरासत

गिब्स का काम प्रारंभ में संयुक्त राज्य अमेरिका में बहुत ध्यान नहीं मिला लेकिन यूरोप में बहुत सराहा गया, विशेष रूप से जब इसे विल्हेम ओस्टवाल्ड द्वारा जर्मन में अनुवादित किया गया। आज, गिब्स फ्री एनर्जी भौतिक रसायन, रासायनिक इंजीनियरिंग, सामग्री विज्ञान और जैव रसायन विज्ञान में एक आधारशिला 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 एंथलपी 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): एंथलपी 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"Gibbs Free Energy 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(`Gibbs Free Energy 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 एंथलपी 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("Gibbs Free Energy 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 एंथलपी 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 << "Gibbs Free Energy 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("Gibbs Free Energy 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: ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया जिसमें अराजकता बढ़ती है

• एंथलपी 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: एंथलपी और एंट्रॉपी दोनों के अनुकूल होने के कारण यह प्रतिक्रिया स्वाभाविक है

उदाहरण 2: ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया जिसमें अराजकता बढ़ती है

• एंथलपी 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 यह गैर-स्वाभाविक है, लेकिन उच्च तापमान पर स्वाभाविक हो सकता है

उदाहरण 3: तापमान-निर्भर स्वाभाविकता

• एंथलपी 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 के 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 के ऊपर, यह स्वाभाविक हो जाती है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

गिब्स फ्री एनर्जी क्या है?

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

नकारात्मक गिब्स फ्री एनर्जी मान की व्याख्या कैसे करें?

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

क्या सकारात्मक ΔH वाली प्रतिक्रिया स्वाभाविक हो सकती है?

हाँ, सकारात्मक एंथलपी परिवर्तन (ऊष्माक्षेपी) वाली प्रतिक्रिया स्वाभाविक हो सकती है यदि एंट्रॉपी परिवर्तन पर्याप्त 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 होती है।

ΔG और ΔG° के बीच क्या अंतर है?

ΔG किसी भी स्थिति 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 राज्यों में होते हैं (आमतौर पर 1 एटम दबाव, 1 M सांद्रता के लिए समाधान, 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 बढ़ने पर -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 बढ़ने से प्रतिक्रिया कम अनुकूल हो जाती है।

गिब्स फ्री एनर्जी और संतुलन के बीच क्या संबंध है?

संतुलन पर, ΔG = 0। 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 सकती है?

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

मैं गैर-मानक स्थितियों के लिए गिब्स फ्री एनर्जी की गणना कैसे करूँ?

गैर-मानक स्थितियों 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 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 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 कार्य रासायनिक थर्मोडायनामिक्स की नींव स्थापित करता है।

संदर्भ

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