حساب الطاقة الحرة لجيبس

الطاقة الحرة لجيبس (Gibbs Free Energy) هي دالة ديناميكية حرارية تُستخدم لتحديد عفوية التفاعل الكيميائي عند درجة حرارة وضغط ثابتين. المعادلة الأساسية هي: ΔG = ΔH - TΔS، حيث ΔH التغير في الإنثالبي (المحتوى الحراري)، ΔS التغير في الإنتروبيا (الفوضى)، وT درجة الحرارة المطلقة بالكلفن. إذا كانت ΔG سالبة، يكون التفاعل عفويًا (تلقائيًا)؛ وإذا كانت موجبة، يكون غير عفوي؛ وعند الصفر، يكون النظام في حالة اتزان.

أدخل قيم التغير في الإنثالبي (ΔH) بوحدة kJ/mol، والتغير في الإنتروبيا (ΔS) بوحدة J/(mol·K)، ودرجة الحرارة (T) بوحدة K. تأكد من توافق الوحدات: يجب تحويل ΔS من J/(mol·K) إلى kJ/(mol·K) بالقسمة على 1000 قبل التعويض في المعادلة. على سبيل المثال، إذا كان ΔH = -100 kJ/mol و ΔS = -200 J/(mol·K)، نحول ΔS = -0.2 kJ/(mol·K).

احسب قيمة ΔG باستخدام المعادلة: ΔG = ΔH - T × ΔS. التعويض: ΔG = -100 - (298 × -0.2) = -100 + 59.6 = -40.4 kJ/mol. النتيجة السالبة تشير إلى أن التفاعل عفوي عند درجة حرارة 298 K. لاحظ أن وحدات ΔG تكون kJ/mol.

فسر النتيجة: إذا كانت ΔG < 0، التفاعل عفوي (يحدث تلقائيًا دون تدخل خارجي). إذا كانت ΔG > 0، التفاعل غير عفوي ويتطلب طاقة. إذا كانت ΔG = 0، النظام في حالة اتزان ديناميكي. يمكن استخدام هذه النتائج في تصميم التفاعلات الكيميائية الصناعية وتحديد الظروف المثلى.

تجنب الأخطاء الشائعة: تأكد من استخدام درجة الحرارة بالكلفن (K = 273.15 + °C). انتبه إلى إشارات ΔH و ΔS؛ فالإنثالبي السالب يعني تفاعل طارد للحرارة، والإنتروبيا الموجبة تعني زيادة في الفوضى. كما يجب التحقق من وحدات ΔS.