الطاقة الحرة Free Energy والإتزان الكيميائي

إن قيمة (K_C) المنخفضة جداً تعني أن تركیز NO عند الإتزان سوف یكون قلیلاً جداً. قد یكون من الأسھل في ھذه
الحالة استخراج قیمة (K_C) من التغیر في الطاقة الحرة القیاسیة  (ΔG^o)  للتفاعل.

بالمقابل نجد أن ثابت الإتزان لتكون یودید الھیدروجین (HI) من الھیدروجین الجزیئي والیود الجزیئي یقترب من الوحدة عند درجة حرارة الغرفة.

قيم ثابت التوازن K وفقاً لقيم ΔG^o

(1) إذا كانت قيمة ΔG^o < 0

فإن: (ΔG^o = -)  ويكون In K = +)) وبالتالي فإن (K>1) للتفاعل وبذلك یكون التفاعل تلقائیاً عند الظروف القیاسیة في الإتجاه المباشر (من الیسار الى الیمین) أي نحو تكوین المواد الناتجة.

(2) إذا كانت قيمة ΔG^o > 0

فإن: (ΔG^o = +)  ويكون In K = -)) وبالتالي فإن (K<1) للتفاعل وبذلك یكون التفاعل غير التلقائي عند الظروف القیاسیة في الإتجاه المباشر أي أن التفاعل ليس لدية القابلية لتكوين النواتج.

(3) إذا كانت قيمة ΔG^o = 0

فإن: InK = 0)) وبالتالي فإن (K=1) للتفاعل وبذلك یكون التفاعل في حالة توازن كیمیائي عند الظروف القیاسیة.

– الجدول التالي يوضح ملخص قيم ثابت التوازن K وفقاً لقيم ΔG^o

أمثلة محلولة

مثال(1):

إذا علمت أن التغیر في الطاقة الحرة القیاسیة ΔG^o للتفاعل التالي  ΔG^o= – 103.72 k J تساوي عند درجة حرارة 25 C^o :

(أ) احسب ثابت التوازن عند 25 C^o علماً بأن .(R = 8.314 J/K. mol)

(ب) احسب ΔG للتفاعل عندما یكون ضغط (P_H2 = 10 atm, P_HCl = 0.1 atm) ثم حدد اتجاه التفاعل عند هذه الظروف.

الحل:

(أ) یمكن حساب ثابت الإتزان من العلاقة:

(ب) حساب قيمة ΔG للتفاعل عندما یكون ضغط (P_H2 = 10 atm, P_HCl = 0.1 atm) نتبع العلاقة:

وبما أن قیمة التغیر في الطاقة الحرة بالسالب ((ΔG = – فإن التفاعل یكون تلقائیاً و یسیر بالتالي من الیسار (المتفاعلات) الى الیمین (النواتج).

---

مثال (2):

إذا كانت قیمة ثابت الإتزان (K) للتفاعل التالي:

عند درجة حرارة 25 C^o . احسب ΔG^o لهدرجة الإيثلين C₂H₄ عند هذه الدرجة من الحرارة.

الحل:

يمكن حساب ΔG^o عند الإتزان للتفاعل السابق من العلاقة:

---

مثال(3):

احسب ΔG^o لكلوريد الفضة (AgCl) عند درجة حرارة (25 C^o) إذا علمت أن ثابت الذوبانية K_sp = 1.6 × 10^-10 حيث  (R = 8.314 J/K.mol)

الحل:
حاصل الذوبانیة K_sp هنا هو ثابت الإتزان K_C :

وبالتالي فإن:

وقيمة ΔG^o الموجبة العالية تتفق مع حقيقة أن AgCl يذوب بقلة وبالتالى فإن الإتزان يكون مفضلاً جهة المتفاعلات.

---

مثال (4):

مستخدماً النتائج لقیم حرارة التكوین القیاسیة احسب ثابت الإتزان للتفاعل التالي:

عند درجة حرارة 25 C^o علماً بأن: (R = 8.314 J/K. mol) ، (ΔG^o (H₂O) = -237.2 kJ/mol)

الحل:

أولاً: حساب التغیر في الطاقة الحرة القیاسیة للتفاعل:

وبما أن قیمة التغیر في الطاقة الحرة بالموجب فإن ھذا التفاعل غیر تلقائي.

ثانياً: حساب قیم ثابت الإتزان K نتبع العلاقة:

قيمة K المنخفضة تدل على أن تحول الماء الى غازي الھیدروجین والأكسجین منخفض جداً الى قیمة یمكن إھمالھا والقول بأن ھذا التفاعل لا یحدث.

المراجع:  أسس الكيمياء العامة والفيزيائية – الجزء الأول.عمر بن عبد الله الهزازي ، قسم الكيمياء- كلية العلوم – جامعة أم القرى – المملكة العربية السعودية