حاسبة الطاقة الحرة جيبس (Gibbs)
تستخدم حاسبة الطاقة الحرة جيبس لتحديد ما إذا كان التفاعل الكيميائي سيحدث بشكل تلقائي أم لا. من خلال إدخال التغير في المحتوى الحراري (Enthalpy)، والتغير في الإنتروبيا (Entropy)، ودرجة الحرارة، يمكنك معرفة قيمة ΔG وحالة تلقائية التفاعل فوراً.
أدخل بيانات التفاعل الكيميائي
طاقة جيبس الحرة هي كمية ديناميكية حرارية تستخدم لقياس أقصى شغل مفيد يمكن الحصول عليه من نظام كيميائي عند ضغط ودرجة حرارة ثابتين. تعتبر هذه القيمة هي "المعيار الذهبي" لتوقع اتجاه التفاعلات الكيميائية وتوازنها.
- ΔG سلبية: التفاعل تلقائي ويحرر طاقة.
- ΔG إيجابية: التفاعل غير تلقائي ويحتاج لامتصاص طاقة للحدوث.
- ΔG تساوي صفر: النظام في حالة اتزان ديناميكي.
تعتمد الحاسبة على المعادلة الشهيرة:
- ΔG: التغير في طاقة جيبس الحرة (kJ/mol).
- ΔH: التغير في المحتوى الحراري (Enthalpy)، ويقيس الحرارة الممتصة أو المنبعثة.
- T: درجة الحرارة المطلقة مقاسة بالكلفن (K).
- ΔS: التغير في الإنتروبيا (Entropy)، ويقيس العشوائية أو الفوضى في النظام.
| ΔH | ΔS | النتيجة (ΔG) |
|---|---|---|
| سالبة (-) | موجبة (+) | تلقائي دائماً عند جميع درجات الحرارة |
| موجبة (+) | سالبة (-) | غير تلقائي دائماً |
| سالبة (-) | سالبة (-) | تلقائي عند درجات الحرارة المنخفضة |
| موجبة (+) | موجبة (+) | تلقائي عند درجات الحرارة العالية |
مثال 1: تفاعل تكون الأمونيا عند 298 كلفن.
- ΔH = -92.22 kJ/mol
- ΔS = -198.75 J/mol·K
- الحساب: ΔG = -92.22 - (298 * -0.19875) = -33.0 kJ/mol
- النتيجة: التفاعل تلقائي.
مثال 2: تفاعل يحتاج لامتصاص حرارة عالية (ΔH موجبة) مع عشوائية منخفضة (ΔS سالبة).
- ستكون ΔG دائماً موجبة، مما يعني أن التفاعل لن يحدث أبداً بدون تدخل طاقة خارجية مستمرة.
- انتبه للوحدات: غالباً ما تكون ΔS بالـ Joules بينما ΔH بالـ KiloJoules. الحاسبة تقوم بالتحويل تلقائياً، فقط تأكد من إدخال القيم كما هي في الجداول الكيميائية.
- الصفر المطلق: لا يمكن حساب التفاعلات عند درجة حرارة 0 كلفن أو أقل في الواقع الفيزيائي.
- الدقة: استخدم القيم القياسية (Standard values) عند 25 درجة مئوية للحصول على نتائج مطابقة للكتب المدرسية.
هذا يعني أن النظام في حالة توازن كيميائي، حيث يتساوى معدل التفاعل الأمامي مع معدل التفاعل العكسي.
ليس بالضرورة. ΔG تخبرنا "هل" سيحدث التفاعل، لكنها لا تخبرنا عن "سرعة" حدوثه (هذا تخصص الحركية الكيميائية وليس الديناميكا الحرارية).
المعادلة بسيطة: K = C + 273.15. الحاسبة تقوم بذلك نيابة عنك عند اختيار وحدة C.
لأن الكون يميل طبيعياً نحو زيادة الفوضى. التفاعلات التي تزيد من عشوائية النظام يسهل حدوثها تلقائياً.
نعم، التفاعلات التي لها نفس الإشارة لـ ΔH و ΔS (كلاهما موجب أو كلاهما سالب) تتأثر تلقائيتها بشكل مباشر برفع أو خفض درجة الحرارة.
ΔG° هي طاقة جيبس في الظروف القياسية (تركيز 1 مولار، ضغط 1 ضغط جوي)، بينما ΔG هي الطاقة في أي ظروف حالية أخرى.
الوحدة الأكثر شيوعاً هي kJ/mol، وهي المستخدمة في نتائج هذه الحاسبة.
بالتأكيد، تفاعلات الاحتراق هي مثال كلاسيكي حيث تكون ΔH سالبة جداً مما يجعل التفاعل تلقائياً للغاية.