حاسبة طاقة جيبس الحرة من ثابت الاتزان

أدخل الحساب

ثابت الاتزان (K)

درجة الحرارة (K)

نتائج

التغير في طاقة جيبس الحرة القياسية (ΔG°)

؜-١٧٫١٢٤

kJ/mol

ΔG° (J/mol)	؜-١٧٬١٢٤٫٠٣
ln(K)	٦٫٩٠٧٨
ثابت الغازات R	8.314462618 J/(mol·K)

ماذا تفعل هذه الحاسبة

تحسب هذه الأداة التغير في طاقة جيبس الحرة القياسية (\(\Delta G^{\circ}\)) لأي تفاعل كيميائي انطلاقًا من ثابت الاتزان \(K\) ودرجة الحرارة المطلقة \(T\). تربط العلاقة \(\Delta G^{\circ} = -RT \ln K\) بين الديناميكا الحرارية والاتزان الكيميائي، فهي تكشف لك ما إذا كان التفاعل تلقائيًا في الظروف القياسية. فالقيمة السالبة لـ \(\Delta G^{\circ}\) (عندما يكون \(K > 1\)) تدل على تفاعل يميل نحو تكوين النواتج، بينما تشير القيمة الموجبة (عندما يكون \(K < 1\)) إلى تفاعل يميل نحو بقاء المتفاعلات.

طريقة الاستخدام

أدخل ثابت الاتزان \(K\) (وهو كمية عديمة الوحدة ويجب أن يكون أكبر من الصفر) ودرجة الحرارة بوحدة كلفن (K). فعند درجة 25 °م استخدم القيمة 298.15 كلفن. تعرض لك الحاسبة قيمة \(\Delta G^{\circ}\) بوحدتي kJ/mol (القيمة الرئيسية) وJ/mol، إضافةً إلى قيمة \(\ln(K)\) كي تتمكن من مراجعة الخطوات الوسيطة.

شرح المعادلة

المعادلة هي $$\Delta G^{\circ} = -R\,\text{Temperature (K)}\,\ln\!\left(\text{K}\right)$$ حيث \(R = 8.314462618\ \text{J/(mol}\cdot\text{K)}\) هو ثابت الغازات العام، وT درجة الحرارة المطلقة بالكلفن، وK ثابت الاتزان. وبما أن \(\ln K\) عديم الوحدة وأن حاصل ضرب \(RT\) يحمل وحدة J/mol، فإن \(\Delta G^{\circ}\) يخرج بوحدة الجول لكل مول؛ وبقسمته على 1000 يتحول إلى kJ/mol.

ΔG° is negative when K > 1 (products favored) and positive when K < 1 (reactants favored), crossing zero at K = 1.

مثال محلول

لنفترض أن \(K = 1000\) عند \(T = 298.15\) كلفن. عندها يكون \(\ln(1000) \approx 6.907755\)، وبالتالي $$\Delta G^{\circ} = -(8.314462618)(298.15)(6.907755) \approx -17{,}123\ \text{J/mol} \approx -17.12\ \text{kJ/mol}$$ إن القيمة الكبيرة الموجبة لـ \(K\) والقيمة السالبة لـ \(\Delta G^{\circ}\) تؤكدان أن التفاعل يميل بقوة نحو تكوين النواتج.

A spontaneous reaction releases free energy: products lie below reactants and the equilibrium favors products.

الأسئلة الشائعة

لماذا يجب أن تكون درجة الحرارة بالكلفن؟ تتطلب معادلات الديناميكا الحرارية استخدام درجة الحرارة المطلقة. ويمكنك تحويل الدرجة المئوية إلى كلفن بإضافة 273.15.

ماذا يحدث إذا كان \(K = 1\)؟ في هذه الحالة يكون \(\ln(1) = 0\)، ومن ثَمّ \(\Delta G^{\circ} = 0\) — أي أن التفاعل يقع تمامًا عند حالة الاتزان في الظروف القياسية دون وجود أي قوة دافعة صافية.

هل يمكن أن يكون \(K\) سالبًا أو صفرًا؟ لا. فثابت الاتزان موجب دائمًا لأن التراكيز والضغوط الجزئية قيم موجبة، وعليه فإن \(\ln K\) غير معرّف عندما يكون \(K \le 0\).