ما هي حاسبة طاقة جيبس الحرة؟
تحسب هذه الأداة مقدار التغير في طاقة جيبس الحرة (\(\Delta G\)) لأي تفاعل كيميائي انطلاقًا من التغير في الإنثالبي (\(\Delta H\)) ودرجة الحرارة المطلقة (\(T\)) والتغير في الإنتروبي (\(\Delta S\)). تكشف لك قيمة \(\Delta G\) ما إذا كان التفاعل قادرًا على الحدوث تلقائيًا عند ثبات درجة الحرارة والضغط: فالقيمة السالبة لـ \(\Delta G\) تعني أن العملية مفضّلة ترموديناميكيًا (طاردة للطاقة الحرة)، والقيمة الموجبة تعني أن التفاعل غير تلقائي (ماص للطاقة الحرة)، أما عندما تكون \(\Delta G = 0\) فيدل ذلك على أن النظام في حالة اتزان.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل التغير في الإنثالبي \(\Delta H\) بوحدة كيلوجول/مول، ودرجة الحرارة \(T\) بوحدة كلفن (K)، والتغير في الإنتروبي \(\Delta S\) بوحدة جول/مول·كلفن. وبما أن \(\Delta H\) مُعطى بالكيلوجول بينما \(\Delta S\) بالجول، تقوم الحاسبة تلقائيًا بتحويل \(\Delta S\) إلى كيلوجول/مول·كلفن (بقسمته على 1000) قبل جمع الحدّين، لتحصل على نتيجة متناسقة بوحدة كيلوجول/مول.
شرح المعادلة
المعادلة الأساسية هي $$\Delta G = \Delta H - T\,\Delta S$$ يعبّر حد الإنثالبي عن تبادل الحرارة (تكوين الروابط وكسرها)، بينما يعبّر حد الإنتروبي \(T\,\Delta S\) عن مدى تغيّر العشوائية مضروبًا في درجة الحرارة. وكلما ارتفعت درجة الحرارة ازداد تأثير حد الإنتروبي، الأمر الذي قد يقلب إشارة \(\Delta G\) ويغيّر تلقائية التفاعل من عدمها.
مثال محلول
عند تكوّن الماء السائل، تكون \(\Delta H \approx -285.8\) كيلوجول/مول، و \(\Delta S \approx -163.2\) جول/مول·كلفن، عند درجة حرارة \(T = 298.15\) كلفن. نحوّل \(\Delta S\) أولًا: \(-163.2 / 1000 = -0.1632\) كيلوجول/مول·كلفن. ثم نحسب: $$\Delta G = -285.8 - (298.15 \times -0.1632) = -285.8 + 48.658 = -237.14 \text{ كيلوجول/مول}$$ وبما أن قيمة \(\Delta G\) سالبة، فإن التفاعل تلقائي.
الأسئلة الشائعة
لماذا نقسم \(\Delta S\) على 1000؟ عادةً ما تُدرج قيم \(\Delta S\) في الجداول بوحدة جول/مول·كلفن بينما تُعطى \(\Delta H\) بالكيلوجول/مول؛ ويحوّل القسمة قيمة \(\Delta S\) إلى كيلوجول/مول·كلفن حتى يتفق الحدّان في الوحدات.
ماذا تعني قيمة \(\Delta G\) السالبة؟ تعني أن التفاعل يطلق طاقة حرة وأنه تلقائي في الاتجاه الأمامي عند درجة الحرارة المعطاة.
هل يمكن أن تتغير إشارة \(\Delta G\) مع درجة الحرارة؟ نعم. فعندما يحمل كل من \(\Delta H\) و \(\Delta S\) الإشارة نفسها، قد يهيمن الحد \(T\,\Delta S\) عند درجات الحرارة المرتفعة أو المنخفضة، فينقلب وضع التلقائية.
