17.9
ניתן לחשב את האנרגיה החופשית התקנית של תגובה רק אם היא מתרחשת במצבים סטנדרטיים, כשגם המגיבים וגם התוצרים נמצאים בתנאים סטנדרטיים. יחד עם זאת, רוב התגובות הכימיות לא מתרחשות בתנאים אלה. בכל תנאי, בין אם הוא סטנדרטי או לא, היחס בין כמות התוצרים לכמות המגיבים המשתתפים בתגובה מתואר בתור מנת התגובה ומסומל באות Q.בתגובות המתרחשות בתמיסה Q מחושב לפי היחס בין ריכוזי התוצר לריכוזי המגיב, כשנעלה בחזקה ריכוז של כל מרכיב במקדם הסטויכומטרי שלו.
לתגובות בין גזים, ניתן להשתמש בלחצים החלקיים של הגזים במקום הריכוזים. שינוי האנרגיה החופשית בתגובה שווה לסכום שינויי האנרגיה הסטנדרטית של התגובה, דלתא G אפס, ו-RT כפול הלוג הטבעי של Q.כאן R הוא קבוע הגזים האוניברסלי בג'ול למול קלווין, ו-T הוא הטמפרטורה של התגובה בקלווין. בטמפרטורה קבועה, לאנרגיה החופשית התקנית יש ערך קבוע, אבל Q משתנה בשל התלות בהרכב תערובת התגובה.
בחנו את היצירה של גז אמוניה מחנקן וממימן ב-298 קלווין. בתנאים סטנדרטיים, שבגז משמעם גז טהור ב-1 אטמוספרה, הלחצים החלקיים של כל המרכיבים שווים ל-1 אטמוספרה וגודל מנת התגובה Q שווה לאחד. מכאן שהשינוי באנרגיה החופשית של התגובה שווה לשינוי באנרגיה החופשית ההסטנדרטית של התגובה, מינוס 32.8 קילוג'ול למול, והתגובה הישירה ספונטנית.
בתנאים שאים סטנדרטיים, מרכיבי התערובת יהיו בעלי לחצים חלקיים התחלתיים של 1.2 אטמוספרות עבור חנקן, 3.6 אטמוספרות עבור מימן ו-0.6 אטמוספרות עבור אמוניה. כמו קודם, ניתן לחשב את מנת התגובה Q על פי הערכים של הלחצים החלקיים. אם נציב את Q בתוך המשוואה, האנרגיה החופשית של התגובה תהיה מינוס 45.3 קילוג'ול למול, מה שמעיד על תגובה ספונטנית בכיוון הראשי.
ככל שהתגובה הראשית מתמשכת, נוצרת יותר אמוניה, והרכב התגובה משתנה. כשהמגיבים והתוצרים נמצאים בשיווי משקל, השינוי באנרגיה החופשית של התגובה הוא אפס, והערך של RT כפול הלוג הטבעי של Q שווה ובעל סימן הפוך לשינוי האנרגיה החופשית הסטנדרטית. אם תערובת התגובה מכילה 0.02 אטמוספרות חנקן, 0.06 אטמוספרות מימן ו-4.8 אטמוספרות אמוניה, Q גדול הרבה יותר והשינוי באנרגיה החופשית הוא 5.6 קילוג'ול למול.
שינוי חיובי באנרגיה חופשית מעיד על כך שהתגובה ההפוכה מוטה לטובת האנרגיה. לכן, בתנאים אלה, אמוניה מתפרקת ליצירת נתרן ומימן.
שינוי האנרגיה החופשית עבור תהליך המתרחש עם מגיבים ותוצרים הנמצאים בתנאים לא סטנדרטיים (לחצים שאינם 1 בר; ריכוזים שאינם 1 M) קשור לשינוי הסטנדרטי של הא…
זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.