معادله Delta G = Delta H – T Delta S این ماده اغلب در ترمودینامیک برای یافتن تغییر در انرژی آزاد گیب های سیستم استفاده می شود. این امر به تعیین خودجوش و جهت تغییر شیمیایی برگشت پذیر کمک می کند.
در این مقاله ما همه چیزهایی را که باید در مورد تغییر انرژی رایگان گیبس بدانید به شما یاد خواهیم داد (∆(ز) سیستم ترمودینامیکی و نحوه استفاده از معادله ∆g = ∆ح – تی∆S.
بنابراین ، برای همه این اطلاعات ارزشمند ، به خواندن ادامه دهید!
اجزای آن چیست؟ g = ∆ح – تی∆s؟
معادله ∆g = ∆ح – تی∆حرف بر اساس 2 استدر قانون ترمودینامیک ، که بیان می کند که آنتروپی یک سیستم جدا شده همیشه تمایل به افزایش دارد.
آنتروپی (ها) به میزان اختلال در سیستم ترمودینامیکی اشاره داردحرف
بنابراین ،
∆s = ∆q/t… معادله (من)
کجا
- ∆S = تغییر در آنتروپی
- ∆Q = تبادل گرما بین سیستم و محیط اطراف آن
- t = دمای مطلق
معادله (i) را در معادله (ii) جایگزین کنید که نشان دهنده 1 استمقدس قانون ترمودینامیک و ایجاد موضوع فرمول به ما می دهد:
∆E = ∆q + W… معادله (II)
∆e = tks + w
w = ∆E – T∆حرف…… معادله (iii)
کجا
- W = کار انجام شده است
- ∆E = تغییر در انرژی سیستم
معادله (III) اگر W توسط ∆G و ∆E با ∆H جایگزین شود ، به معادله (IV) تبدیل می شود.
∆g = ∆ح – تی∆حرف…… معادله (IV)
بنابراین ، در ∆g = ∆ح – تی∆S:
- ∆G = تغییر در انرژی آزاد گیبس سیستم (واحدها: j/mol یا KJ/Mol)
- ∆H = تغییر entalpia (واحدها: j/mol یا KJ/Mol)
- t = دمای مطلق (واحد: k)
- ∆حرف = تغییر آنتروپی (واحدها: J/K.Mol یا KJ/K.Mol)
تغییر انرژی رایگان گیبس (∆(ز) به کار برگشت پذیر انجام شده توسط سیستم اشاره دارد در دمای و فشار ثابت. به عبارت دیگر ، ∆G به طور کمی انرژی را که در طی یک فرآیند به کار مفید تبدیل می شود ، تعیین می کند. بنابراین ، آن را با کار (W) در معادله (III) جایگزین می کند.
برای یک واکنش برگشت پذیر ،
- اگر ∆جف < 0: واکنش است از نظر اکگان یا خود ستاو در جهت ادامه می یابد. به عبارت دیگر ، واکنش از نظر ترمودینامیکی ترجیح داده می شود.
- اگر ∆g > 0: واکنش است اندرژونیک یا غیر موجود در جهت رو به جلو. برخی از انرژی خارجی برای ایجاد یک تغییر شیمیایی مورد نیاز است.
- اگر ∆G = 0: واکنش در تعادل باقی مانده است سرعت پاسخ رو به جلو = سرعت واکنش به عقب.
در ∆G = 0 ، ∆H = t ∆S
بنابراین ، تغییر انرژی آزاد گیبس همچنین به ما کمک می کند تا پیش بینی کنیم که آیا تغییر شیمیایی خودجوش است یا در تعیین جهت واکنش برگشت پذیر.
برخلاف این ، تغییر entalpic (∆ح) نوعی تغییر انرژی است (∆ه) این به عنوان مقدار انرژی رد و بدل شده بین سیستم و محیط آن تعریف شده است. ∆سخنرانی > 0 برای دگرگون کننده در حالی که ∆سخنرانی < 0 برای گرمازا روند
حال بیایید حرکت کنیم و بحث کنیم که از کجا و چگونه استفاده کنیم ∆g = ∆ح – تی∆S.
از کجا و چگونه می توان استفاده کرد g = ∆ح – تی∆s؟ – مثالها
فرمول Delta G = Delta H – T Delta S اگر آنتالپی (∆H) ، دما (T) و تغییر آنتروپی (∆S) سیستم داده شود ، می توان از آن برای یافتن تغییر آزاد انرژی گیبس (∆G) یک سیستم استفاده کرد.
با این حال ، این معادله بسته به اینکه متغیر ناشناخته باشد ، می تواند به هر یک از روشهای زیر دوباره تنظیم شود.
بنابراین ، این کمک می کند تا شرایطی را که در آن فرآیند به صورت خودجوش انجام می شود ، تعیین شود.
به عنوان مثال. ، گاز نیتروژن با هیدروژن واکنش نشان می دهد تا با توجه به معادله شیمیایی متعادل که در زیر نشان داده شده است ، آمونیاک را تشکیل دهد.
در2 (g) + 3 ساعت2 (g) ⇌ 2 NH3 (گرم)
تغییر Entalpey (∆H) برای واکنش رو به جلو -92.4 کیلوژول در مول است ، در حالی که آنتروپی آن تغییر می کند (∆S) -0،1984 kJ/k.mol است. استفاده از ∆ را تعیین کنیدg = ∆ح – تی∆حرف این که آیا تشکیل آمونیاک خودبخود است یا خودبخود در دمای اتاق نیست.
تصمیم
مطابق بیانیه این سؤال ، در دمای اتاق (T = 298 K)
∆H = -92.4 kJ/mol
∆S = -0.1984 kJ/k.mol
بنابراین ، استفاده از فرمول ∆g = ∆ح – تی∆حرفما می توانیم مقدار ناشناخته ∆G را پیدا کنیم:
⇒ ∆g = ∆H – tkss
تمام مقادیر شناخته شده را جایگزین کنید:
∆g = -92.4 – [(298) (-0.1984)]
∆G = -92.4 + 59.1232
∴ ∆G = -33.3 kJ/mol
نتیجه: در این حالت ∆G <0 ، بنابراین ، واکنش رو به جلو (تشکیل آمونیاک) است خود ستا در دمای اتاق
مثال دیگر – تغییر Entalpia (∆ح) برای تجزیه اندوترمیک نشان داده شده در بالا ، + 110.5 kJ/mol است.
گندو2 (g) ⇌ هم (g) + CL2 (g)
با توجه به اینکه آنتروپی آن تغییر می کند ، دمایی را که واکنش در آن به تعادل می رسد پیدا کنید (∆S) E +136.8 J/K.Mol.
تصمیم
مطابق بیانیه موضوع ؛
∆H = 110.5 kJ/mol
∆S = 136.8 j/k.mol
برای اینکه توالی را به واحدها وارد کنیم ، باید ∆S را از J/K.Mol به KJ/K.Mol تبدیل کنیم.
1 J = 10-3 KJ
∆S = 136.8 x 10-3 = 0.1368 kJ/k.mol
در تعادل ، ∆ G = 0 ، بنابراین تمام داده های شناخته شده در معادله را جایگزین کنید:
⇒ ∆g = ∆H – tkss
0 = (110.5) – T (0.1368)
انجام موضوع t فرمول:
0.1368 t = 110.5
t = 110.5/0.1368
∴ t = 807.7 k
نتیجه: واکنش به تعادل در 807.7 K می رسد.
نمونه های بیشتر شامل ∆g = ∆ح – تی∆حرف
|
تغییر آنتالپیا را برای واکنش نشان داده شده در بالا ، که در T = 298 K انجام می شود ، با توجه به اینکه انرژی آزاد آن از گیبس تغییر می کند ، پیدا کنید (∆g) E + 578.4 kJ/mol و تغییر آنتروپی (∆S) E 7.5 J/K.MOL در دمای اتاق. PCL3 (گرم) + 3 HCl (g) → 3 کل2 (g) + pH3 (گرم) |
|
مطابق بیانیه موضوع ؛ ∆g = 578.4 kJ/mol ∆ H =؟ t = 298 k ∆S = 7.5 j/k.mol برای اینکه توالی را به واحدها وارد کنیم ، باید ∆S را از J/K.Mol به KJ/K.Mol تبدیل کنیم. 1 J = 10-3 KJ ∆S = 7.5 x 10-3 KJ/K.Mol اکنون با استفاده از فرمول: ⇒ Delta G = Delta H – T Delta s 578.4 = ∆H – [(298)(7.5 x 10-3)] انجام موضوع فرمول: ∆H = 578.4 + 2.235 ∴ ∆H = + 580.6 kJ/mol نتیجه: تغییر آنتالپیا (∆H) برای واکنش 580.6 kJ/mol ، یعنی این است روند گرماییدر مقابل ، ∆G <0 نشان می دهد که در دمای اتاق در جهت رو به جلو خودجوش نیست. |
|
در 25جفC ، تغییر در آنتالپی برای واکنش ذکر شده در زیر -537.2 kJ/mol است ، در حالی که تغییر آنتروپی آن 0.0137 kJ/k.mol است. محاسبه تغییر انرژی آزاد گیبس (∆g) در مورد واکنش. سخنرانی2 (g) + f2 (g) ⇌ 2 HF (g) واکنش خود به خودی در کدام جهت است؟ |
|
مطابق بیانیه موضوع ؛ ∆g =؟ ∆ H = -537.2 kJ/mol T = 25 ° C = 25 + 273 = 298 K (باید دما را به مقیاس مطلق تبدیل کند) ∆S = 0.0137 kJ/k.mol فرمول را اعمال کنید: ⇒ ∆g = ∆H – tkss ∆ G = -537.2 – [(298)(0.0137)] ∆ G = -537.2 -4.0826 ∴ ∆G = – 541.3 kJ/mol نتیجه: تغییر انرژی آزاد گیبس (∆G) برای واکنش است -541.3 kJ/molS ∆G نشان می دهد که واکنش است خودجوش در جهت رو به جلو. |
سوالات متداول
معادله انرژی رایگان گیبس چیست؟ |
|
معادله Delta G = Delta H – T Delta S این یک تغییر در انرژی آزاد گیبس سیستم ترمودینامیکی است. در ∆G = ∆H – tredits:
|
چیست ∆ساعت ∆g = ∆ح – تی∆s؟ |
|
∆H نشان می دهد آنتالپیا را تغییر دهید در طی یک واکنش شیمیایی ، یعنی گرما یا انرژی مبادله شده بین سیستم و محیط اطراف آن. |
کی است ∆G = 0 در ∆g = ∆ح – تی∆s؟ |
|
∆G = 0 هنگامی که یک واکنش برگشت پذیر به مرحله تعادل می رسد ، یعنی وقتی سرعت واکنش به جلو با سرعت واکنش پشت برابر می شود. |
در کدام یک از موارد زیر یک واکنش شیمیایی خود به خودی است؟
|
|
نوع c پاسخ صحیح است واکنش خود به خودی به ∆G <0 ، یعنی نیاز دارد. ارزش منفی تغییر انرژی رایگان گیبس. با توجه به ∆G = ∆H - tredits: اگر ∆S مثبت باشد و ∆H منفی باشد ، در تمام مقادیر دما منفی است. ∆g = – ∆H – t (+∆S) ∆g = – ∆H – tredits اگر هر دو ∆S و ∆H در دمای پایین منفی باشند k ∆G = – ∆H + T (∆S) t (∆S) <∆H مقدار منفی منفی می دهد. اگر هر دو ∆S و ∆H در دمای پایین مثبت باشند ∆G = ∆H + T (∆S) این مقدار مثبت در تمام دما می دهد. بنابراین ، گزینه D نادرست است. |
