கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் கணக்கீட்டாளர்: துல்லியமாக எதிர்வினை தன்னிச்சை தன்மையை தீர்மானிக்கவும்

கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் என்ன?

கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் என்பது வேதியியல் எதிர்வினைகள் மற்றும் உடல் செயல்கள் தன்னிச்சையாக நடைபெறும் என்பதை முன்னறிவிக்கின்ற அடிப்படை வெப்பவியல் சொத்து ஆகும். இந்த இலவச ஆன்லைன் கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் கணக்கீட்டாளர் விஞ்ஞானிகள், பொறியாளர்கள் மற்றும் மாணவர்களுக்கு ΔG = ΔH - TΔS என்ற நிரூபிக்கப்பட்ட சூத்திரத்தை பயன்படுத்தி எதிர்வினை சாத்தியத்தை விரைவாக தீர்மானிக்க உதவுகிறது.

அமெரிக்க இயற்பியலாளர் ஜோசியா வில்லார்ட் கிப்ஸின் பெயரில் பெயரிடப்பட்ட இந்த வெப்பவியல் சாத்தியம், வெப்பத்தன்மை (வெப்ப உள்ளடக்கம்) மற்றும் எந்திரோபி (அமைதி) ஆகியவற்றை இணைத்து, ஒரு செயல்முறை வெளிப்புற ஆற்றல் உள்ளீடு இல்லாமல் இயற்கையாக நடைபெறும் என்பதை குறிக்கின்ற ஒரே மதிப்பை வழங்குகிறது. எங்கள் கணக்கீட்டாளர் வேதியியல், உயிரியல் வேதியியல், பொருள் அறிவியல் மற்றும் பொறியியல் பயன்பாடுகளில் வெப்பவியல் கணக்கீடுகளுக்கு உடனடி, துல்லியமான முடிவுகளை வழங்குகிறது.

எங்கள் கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் கணக்கீட்டாளரைப் பயன்படுத்துவதன் முக்கிய நன்மைகள்:

• எதிர்வினை தன்னிச்சை தன்மையை உடனடியாக தீர்மானிக்கவும் (தன்னிச்சை மற்றும் தன்னிச்சையற்ற)
• வேதியியல் சமநிலையை முன்னறிவிக்கவும்
• எதிர்வினை வெப்பநிலைகள் மற்றும் நிலைகளை மேம்படுத்தவும்
• வெப்பவியல் மற்றும் உடல் வேதியியல் ஆராய்ச்சிக்கு ஆதரவு அளிக்கவும்
• படி-by-படி விளக்கங்களுடன் இலவச, துல்லியமான கணக்கீடுகள்

கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் சூத்திரம்

கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் மாற்றம் (ΔG) கீழ்காணும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கீடு செய்யப்படுகிறது:

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

எங்கு:

• ΔG = கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் மாற்றம் (kJ/mol)
• ΔH = வெப்பத்தன்மை மாற்றம் (kJ/mol)
• T = வெப்பநிலை (கெல்வின்)
• ΔS = எந்திரோபி மாற்றம் (kJ/(mol·K))

இந்த சமன்பாடு இரண்டு அடிப்படை வெப்பவியல் காரணிகளுக்கிடையிலான சமநிலையை பிரதிபலிக்கிறது:

1. வெப்பத்தன்மை மாற்றம் (ΔH): நிலையான அழுத்தத்தில் ஒரு செயல்முறை நடைபெறும் போது வெப்ப பரிமாற்றத்தை பிரதிபலிக்கிறது
2. எந்திரோபி மாற்றம் (ΔS): அமைப்பின் அமைதி மாற்றத்தை, வெப்பநிலையால் பெருக்கி

முடிவுகளின் விளக்கம்

ΔG இன் குறியீடு எதிர்வினை தன்னிச்சை தன்மையைப் பற்றிய முக்கிய தகவல்களை வழங்குகிறது:

• ΔG < 0 (எதிர்மறை): செயல்முறை தன்னிச்சை (எக்ஸெர்கோனிக்) ஆகும் மற்றும் வெளிப்புற ஆற்றல் உள்ளீடு இல்லாமல் நடைபெறலாம்
• ΔG = 0: அமைப்பு சமநிலையிலுள்ளது மற்றும் எந்த நிகர மாற்றமும் இல்லை
• ΔG > 0 (நடுநிலை): செயல்முறை தன்னிச்சையற்ற (எண்டர்கோனிக்) ஆகும் மற்றும் முன்னேற்றத்திற்கு ஆற்றல் உள்ளீடு தேவை

தன்னிச்சை தன்மை எதிர்வினை வேகம் குறித்த தகவல்களை வழங்காது என்பதை கவனிக்க வேண்டும்—ஒரு தன்னிச்சை எதிர்வினை ஒரு ஊக்கி இல்லாமல் மிகவும் மெதுவாகவும் நடைபெறலாம்.

நிலையான கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல்

நிலையான கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் மாற்றம் (ΔG°) என்பது அனைத்து எதிர்வினை மற்றும் தயாரிப்புகள் தங்கள் நிலையான நிலைகளில் (பொதுவாக 1 atm அழுத்தம், 1 M மையம் தீர்வுகளுக்கு, மற்றும் பொதுவாக 298.15 K அல்லது 25°C இல்) இருக்கும் போது ஆற்றல் மாற்றத்தை குறிக்கிறது. சமன்பாடு:

$\Delta G° = \Delta H° - T\Delta S°$

எங்கு ΔH° மற்றும் ΔS° என்பது நிலையான வெப்பத்தன்மை மற்றும் எந்திரோபி மாற்றங்கள் ஆகும்.

இந்த கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் கணக்கீட்டாளரை எப்படி பயன்படுத்துவது

எங்கள் கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் கணக்கீட்டாளர் எளிமை மற்றும் பயன்படுத்த எளிதாக வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. உங்கள் எதிர்வினை அல்லது செயல்முறைக்கான கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் மாற்றத்தை கணக்கீடு செய்ய இந்த படிகளை பின்பற்றவும்:

1. வெப்பத்தன்மை மாற்றத்தை (ΔH) கிலோஜூல்களில் உள்ள மொலுக்கு (kJ/mol) உள்ளீடு செய்யவும்

   • இந்த மதிப்பு செயல்முறை நடைபெறும் போது நிலையான அழுத்தத்தில் உறிஞ்சப்படும் அல்லது வெளியேற்றப்படும் வெப்பத்தை பிரதிபலிக்கிறது
   • நேர்மறை மதிப்புகள் எண்டோதெர்மிக் செயல்முறைகளை (வெப்பம் உறிஞ்சப்படுகிறது) குறிக்கின்றன
   • எதிர்மறை மதிப்புகள் எக்ஸோதெர்மிக் செயல்முறைகளை (வெப்பம் வெளியேற்றப்படுகிறது) குறிக்கின்றன

2. வெப்பநிலையை (T) கெல்வினில் உள்ளீடு செய்யவும்

   • தேவையானால் செல்சியஸில் இருந்து மாற்றுவது நினைவில் வைக்கவும் (K = °C + 273.15)
   • நிலையான வெப்பநிலை பொதுவாக 298.15 K (25°C)

3. எந்திரோபி மாற்றத்தை (ΔS) கிலோஜூல்களில் உள்ள மொலுக்கு-கெல்வின் (kJ/(mol·K)) உள்ளீடு செய்யவும்

   • இந்த மதிப்பு அமைதியின் அல்லது சீரற்ற தன்மையின் மாற்றத்தை பிரதிபலிக்கிறது
   • நேர்மறை மதிப்புகள் அதிகரிக்கும் சீரற்ற தன்மையை குறிக்கின்றன
   • எதிர்மறை மதிப்புகள் குறைவாகும் சீரற்ற தன்மையை குறிக்கின்றன

4. முடிவைப் பாருங்கள்

   • கணக்கீட்டாளர் கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் மாற்றத்தை (ΔG) தானாகவே கணக்கீடு செய்யும்
   • முடிவு kJ/mol இல் காண்பிக்கப்படும்
   • செயல்முறை தன்னிச்சை அல்லது தன்னிச்சையற்றது என்பதை விளக்கமாக வழங்கப்படும்

உள்ளீட்டு சரிபார்ப்பு

கணக்கீட்டாளர் பயனர் உள்ளீடுகளில் கீழ்காணும் சரிபார்ப்புகளை செய்கிறது:

• அனைத்து மதிப்புகள் எண்கள் ஆக இருக்க வேண்டும்
• வெப்பநிலை கெல்வினில் மற்றும் நேர்மறை (T > 0) இருக்க வேண்டும்
• வெப்பத்தன்மை மற்றும் எந்திரோபி நேர்மறை, எதிர்மறை அல்லது பூஜ்யமாக இருக்கலாம்

தவறான உள்ளீடுகள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டால், ஒரு பிழை செய்தி காண்பிக்கப்படும், மற்றும் சரிசெய்யும் வரை கணக்கீடு முன்னேறாது.

கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் கணக்கீட்டு எடுத்துக்காட்டு

கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் கணக்கீட்டாளரை எப்படி பயன்படுத்துவது என்பதை விளக்குவதற்காக ஒரு நடைமுறை எடுத்துக்காட்டை பார்ப்போம்:

எடுத்துக்காட்டு: ΔH = -92.4 kJ/mol மற்றும் ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) உடைய எதிர்வினைக்கான கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் மாற்றத்தை 298 K இல் கணக்கீடு செய்யவும்.

1. ΔH = -92.4 kJ/mol உள்ளீடு செய்யவும்

2. T = 298 K உள்ளீடு செய்யவும்

3. ΔS = 0.0987 kJ/(mol·K) உள்ளீடு செய்யவும்

4. கணக்கீட்டாளர் கணக்கீட்டை செய்கிறது: 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. விளக்கம்: ΔG எதிர்மறை (-121.81 kJ/mol) ஆக இருப்பதால், இந்த எதிர்வினை 298 K இல் தன்னிச்சையாக உள்ளது.

கிப்ஸ் இலவச ஆற்றலின் உண்மையான உலக பயன்பாடுகள்

கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் கணக்கீடுகள் பல்வேறு அறிவியல் மற்றும் பொறியியல் பயன்பாடுகளில் முக்கியமாக உள்ளன:

1. வேதியியல் எதிர்வினை சாத்தியத்தன்மை

வேதியியலாளர்கள் கிப்ஸ் இலவச ஆற்றலை பயன்படுத்தி ஒரு எதிர்வினை குறிப்பிட்ட நிலைகளில் தன்னிச்சையாக நடைபெறும் என்பதை முன்னறிவிக்கின்றனர். இது:

• புதிய சேர்மங்களுக்கு செயற்கை பாதைகளை வடிவமைக்க
• விளைவுகளை மேம்படுத்த எதிர்வினை நிலைகளை மேம்படுத்த
• எதிர்வினை இயந்திரங்கள் மற்றும் இடைநிலைகளை புரிந்துகொள்ள
• போட்டி எதிர்வினைகளில் தயாரிப்பு விநியோகங்களை முன்னறிவிக்க

2. உயிரியல் செயல்முறைகள்

உயிரியல் மற்றும் மூலக்கூறு உயிரியல் துறையில், கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் உதவுகிறது:

• உயிரியல் பாதைகள் மற்றும் ஆற்றல் மாற்றங்களை புரிந்துகொள்ள
• புரதங்கள் மடிப்பு மற்றும் நிலைத்தன்மை
• எஞ்சைம்-கட்டுப்படுத்திய எதிர்வினைகள்
• செல்கள் மெம்பிரேன் பரிமாற்ற செயல்முறைகள்
• DNA மற்றும் RNA தொடர்புகள்

3. பொருள் அறிவியல்

பொருள் அறிவியலாளர்கள் மற்றும் பொறியாளர்கள் கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் கணக்கீடுகளை பயன்படுத்துகிறார்கள்:

• கட்டம் வரைபடம் உருவாக்க
• அலாய் வடிவமைப்பு மற்றும் மேம்பாடு
• ஊதுபொருள் நடத்தை முன்னறிவிக்க
• உறுதிப்படுத்தப்பட்ட நிலை மாற்றங்களை புரிந்துகொள்ள
• குறிப்பிட்ட பண்புகளை கொண்ட புதிய பொருட்களை வடிவமைக்க

4. சுற்றுச்சூழல் அறிவியல்

சுற்றுச்சூழல் பயன்பாடுகள்:

• மாசுபாட்டின் பரிமாற்றம் மற்றும் விதிகளை முன்னறிவிக்க
• பூமியியல் செயல்முறைகளை புரிந்துகொள்ள
• வானியல் எதிர்வினைகளை மாதிரியாக்க
• மீட்பு உத்திகளை வடிவமைக்க
• காலநிலை மாற்ற செயல்முறைகளை ஆராய

5. தொழில்துறை செயல்முறைகள்

தொழில்துறை சூழல்களில், கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் கணக்கீடுகள் மேம்படுத்த உதவுகிறது:

• வேதியியல் உற்பத்தி செயல்முறைகள்
• எண்ணெய் சுத்திகரிப்பு செயல்முறைகள்
• மருந்து உற்பத்தி
• உணவு செயலாக்க தொழில்நுட்பங்கள்
• ஆற்றல் உருவாக்க அமைப்புகள்

மாற்றுகள்

கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் ஒரு சக்திவாய்ந்த வெப்பவியல் கருவியாக இருந்தாலும், சில சூழல்களில் மற்ற தொடர்புடைய அளவீடுகள் அதிகமாக பொருத்தமாக இருக்கலாம்:

1. ஹெல்மோல்ட்ஸ் இலவச ஆற்றல் (A அல்லது F)

A = U - TS (எங்கு U உள்ளீடான ஆற்றல்) என வரையறுக்கப்பட்ட ஹெல்மோல்ட்ஸ் இலவச ஆற்றல், நிலையான அளவுக்கு மாறுபட்ட அமைப்புகளுக்கு அதிகமாக பொருத்தமாக உள்ளது. இது குறிப்பாக பயனுள்ளதாக உள்ளது:

• புள்ளியியல் இயற்பியல்
• உறுதிப்படுத்தப்பட்ட நிலை இயற்பியல்
• அளவுக்கு கட்டுப்பட்ட அமைப்புகள்

2. வெப்பத்தன்மை (H)

வெப்ப பரிமாற்றம் மட்டுமே முக்கியமாக இருக்கும் செயல்முறைகளுக்கு, எந்திரோபி விளைவுகள் குறைவாக உள்ள போது, வெப்பத்தன்மை (H = U + PV) போதுமானதாக இருக்கலாம். இது பொதுவாக பயன்படுத்தப்படுகிறது:

• எளிய எரிப்பு கணக்கீடுகள்
• வெப்பம் மற்றும் குளிர்ச்சி செயல்முறைகள்
• கலோரிமெட்ரி பரிசோதனைகள்

3. எந்திரோபி (S)

சீரற்ற தன்மை மற்றும் சாத்தியத்தை மட்டும் கவனிக்கும் போது, எந்திரோபி தனியாக ஆர்வமுள்ள அளவீடாக இருக்கலாம், குறிப்பாக:

• தகவல் கோட்பாடு
• புள்ளியியல் பகுப்பாய்வு
• திருப்பமில்லாத ஆய்வுகள்
• வெப்ப இயந்திரத்தின் திறனை கணக்கீடு

4. வேதியியல் சாத்தியக்கூறு (μ)

மாறுபடும் composition உடைய அமைப்புகளுக்கு, வேதியியல் சாத்தியக்கூறு (பகுதி மொலார் கிப்ஸ் ஆற்றல்) முக்கியமாக மாறுகிறது:

• கட்டம் சமநிலைகள்
• தீர்வு வேதியியல்
• மின்-இயற்கை அமைப்புகள்
• மெம்பிரேன் பரிமாற்றம்

கிப்ஸ் இலவச ஆற்றலின் வரலாறு

கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் கருத்து வெப்பவியலின் வளர்ச்சியில் ஒரு செழுமையான வரலாற்றைக் கொண்டுள்ளது:

தோற்றம் மற்றும் வளர்ச்சி

ஜோசியா வில்லார்ட் கிப்ஸ் (1839-1903), ஒரு அமெரிக்க விஞ்ஞானி மற்றும் கணிதவியலாளர், "heterogeneous substances" இன் சமநிலையைப் பற்றிய தனது முக்கியமான வேலை "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" என்ற தலைப்பில் 1875 மற்றும் 1878 இடையே அறிமுகப்படுத்தினார். இந்த வேலை 19வது நூற்றாண்டின் இயற்பியல் அறிவியலில் மிகச் சிறந்த சாதனைகளில் ஒன்றாகக் கருதப்படுகிறது, வேதியியல் வெப்பவியலின் அடித்தளத்தை நிறுவுகிறது.

கிப்ஸ் இந்த வெப்பவியல் சாத்தியத்தை உருவாக்கியதன் மூலம், வேதியியல் அமைப்புகளில் சமநிலைக்கு தேவையான நிலைகளைப் புரிந்துகொள்ள முயன்றார். நிலையான வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில், தன்னிச்சையான மாற்றத்தின் திசையை ஒரு தனி செயல்பாட்டால் முன்னறிவிக்க முடியும் என்பதை அவர் உணர்ந்தார், இது வெப்பத்தன்மை மற்றும் எந்திரோபி விளைவுகளை இணைத்தது.

முக்கிய வரலாற்று மைல்கற்கள்

• 1873: கிப்ஸ் வெப்பவியல் அமைப்புகள் பற்றிய தனது வேலைகளை வெளியிடத் தொடங்குகிறார்
• 1875-1878: கிப்ஸ் ஆற்றல் கருத்தை அறிமுகப்படுத்தும் "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" வெளியீடு
• 1882-1883: ஜெர்மன் இயற்பியலாளர் ஹெர்மன் வான் ஹெல்மோல்ட்ஸ் சுயமாக ஒத்த தொடர்புகளை உருவாக்குகிறார்
• 1900 களின் ஆரம்பம்: கில்பர்ட் என். லூயிஸ் மற்றும் மெர்ல் ராண்டல் வேதியியல் வெப்பவியல் குறியீடுகளை மற்றும் பயன்பாடுகளை நிலைப்படுத்துகிறார்கள்
• 1923: லூயிஸ் மற்றும் ராண்டல் "Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances" என்ற புத்தகம் வெளியிடுகிறார்கள், கிப்ஸ் இலவச ஆற்றலின் பயன்பாட்டை வேதியியலில் பிரபலமாக்குகிறது
• 1933: எட்வர்ட் ஏ. குகென்ஹைம் நவீன குறியீடு மற்றும் சொற்களை அறிமுகப்படுத்துகிறார்
• 20வது நூற்றாண்டின் நடுப்பகுதி: கிப்ஸ் ஆற்றல் கருத்துக்களை புள்ளியியல் இயற்பியலுடன் மற்றும் குவாண்டம் கோட்பாட்டுடன் ஒருங்கிணைக்கிறது
• 20வது நூற்றாண்டின் இறுதியில்: கணினி முறைகள் உண்மையான அமைப்புகளுக்கான கிப்ஸ் ஆற்றல் கணக்கீடுகளை செயல்படுத்துகின்றன

தாக்கம் மற்றும் மரபு

கிப்ஸின் வேலை ஆரம்பத்தில் அமெரிக்காவில் குறைவான கவனத்தை பெற்றது, ஆனால் ஜெர்மனியில், குறிப்பாக வில்ஹெல்ம் ஓஸ்ட்வால்டால் மொழிபெயர்க்கப்பட்ட பிறகு, மிகுந்த மதிப்பீடு பெற்றது. இன்று, கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் என்பது உடல் வேதியியல், வேதியியல் பொறியியல், பொருள் அறிவியல் மற்றும் உயிரியல் வேதியியல் ஆகியவற்றில் அடிப்படை கருத்தாக உள்ளது. கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் கணக்கீடுகளைப் பயன்படுத்தி எதிர்வினை தன்னிச்சை தன்மையை மற்றும் சமநிலையை முன்னறிவிக்க முடியும் என்பதன் மூலம் எண்ணற்ற அறிவியல் முன்னேற்றங்கள் மற்றும் தொழில்நுட்ப புதுமைகள் நிகழ்ந்துள்ளன.

குறியீட்டு எடுத்துக்காட்டுகள்

இவ்வாறு கிப்ஸ் இலவச ஆற்றலை பல்வேறு நிரலாக்க மொழிகளில் கணக்கீடு செய்வதற்கான எடுத்துக்காட்டுகள்:

' கிப்ஸ் இலவச ஆற்றலுக்கான எக்செல் சூத்திரம்
=B2-(C2*D2