17.8:

حسابات تغيرات الطاقة الحرة القياسية

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Calculating Standard Free Energy Changes

19,628 Views

02:49 min
September 24, 2020

يُطلق على تغيير الطاقة الحرة للتفاعل الذي يحدث في ظل الظروف القياسية لضغط 1 بار وعند 298 كلفن تغيير الطاقة الحرة القياسي. نظرًا لأن الطاقة الحرة هي إحدى وظائف الحالة ، فإن قيمتها تعتمد فقط على ظروف الحالة الأولية والنهائية للنظام. تتمثل الطريقة الملائمة والشائعة لحساب تغيرات الطاقة الحرة للتفاعلات الفيزيائية والكيميائية في استخدام مجموعات متاحة على نطاق واسع من البيانات الديناميكية الحرارية للحالة القياسية.تتضمن إحدى الطرق استخدام المحتوى الحراري القياسي والانتروبيا لحساب تغييرات الطاقة الحرة القياسية، ΔG°، وفقًا للعلاقة التالية.

Eq1

يمكن أيضًا حساب التغير القياسي في الطاقة الحرة للتفاعل من الطاقة الحرة القياسية للتكوين ΔGf° قيم المواد المتفاعلة والنواتج المتضمنة في التفاعل. الطاقة القياسية الحرة للتكوين هي تغيير الطاقة الحرة الذي يصاحب تكوين مول واحد من مادة من عناصرها في حالاتها القياسية. على غرار المحتوى الحراري القياسي للتشكيل، ΔGf° هو بحكم التعريف صفر للمواد الأولية في ظل ظروف الحالة القياسية. للتفاعل

Eq2

يمكن حساب التغير القياسي في الطاقة الحرة عند درجة حرارة الغرفة على أنه

Eq3

من الممكن استخدام الطاقات الحرة للتكوين لحساب تغيرات الطاقة الحرة للتفاعلات كما هو موضح أعلاه لأن ΔG هي وظيفة حالة ، والنهج مشابه لاستخدام قانون هيس&#8217 يتغير القانون في حساب المحتوى الحراري. فكر في تبخير الماء كمثال:

Eq4

يمكن اشتقاق معادلة تمثل هذه العملية بإضافة تفاعلات التكوين لمرحلتي الماء (بالضرورة عكس تفاعل المرحلة السائلة). تغيير الطاقة الحرة لمجموع التفاعل هو مجموع تغيرات الطاقة الحرة للتفاعلين المضافين:

Eq5

يمكن استخدام هذا الأسلوب أيضًا في الحالات التي يتم فيها تمكين تفاعل غير تلقائي من خلال إقرانه بتفاعل تلقائي. على سبيل المثال ، إنتاج عنصر الزنك من كبريتيد الزنك غير مواتٍ من الناحية الديناميكية الحرارية ، كما يتضح من قيمة موجبة لـ ΔG°1:

Eq6

تتضمن العملية الصناعية لإنتاج الزنك من خامات الكبريتيك اقتران تفاعل التحلل هذا مع الأكسدة الديناميكية الحرارية المفضلة للكبريت:

Eq7

يُظهر التفاعل المقترن تغيرًا سلبيًا في الطاقة الحرة ويكون تلقائيًا:

Eq8

يتم تنفيذ هذه العملية عادةً في درجات حرارة مرتفعة ، لذا فإن هذه النتيجة التي تم الحصول عليها باستخدام قيم الطاقة الحرة القياسية هي مجرد تقدير. ومع ذلك ، فإن جوهر الحساب صحيح.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Chapter 16.4: Free Energy.