تعرف على علم الكيمياء موقع تعليمي لشرح جميع أقسام الكيمياء : الكيمياء العضوية – الكيمياء العامة – الكيمياء التحليلية – الكيمياء الفيزيائية – الكيمياء الحيوية – الكيمياء الكهربية.
فى هذا الموضوع سوف نستعرض (8) مسائل بأفكار مختلفة على العلاقة بين الإنثالبي والأنتروبي والطاقة الحرة حيث قمنا بعرض الإجابات بطريقة سهلة وبسيطة.
مثال(1):
لدیك التفاعل التالي:
فإذا كانت قيمة (ΔH) للتفاعل تساوي (15.79 kJ) ، والتغير في الأنتروبي (ΔS) تساوي (232.63 J/K) احسب قيمة التغير في الطاقة الحرة (ΔG) عند (25 Co) وهل التفاعل تلقائي؟
الحل:
یمكن حل ھذه المسألة بالعلاقة:
وبما أن قیمة التغیر في الطاقة الحرة بالسالب فالتفاعل تلقائي عند(25 Co).
مثال (2):
لدیك التفاعل التالي:
فإذا كانت قيمة التغير في الأنثالبي(ΔHo) للتفاعل تساوي (68.95 kJ) ، وقيمة التغير في الأنتروبي (ΔSo) تساوي (114.2 J/K) احسب قيمة التغير في الطاقة الحرة (ΔGo) عند (25 Co) وهل التفاعل تلقائي؟
الحل:
بتطبیق العلاقة:
ومن ھنا فإن التفاعل غیر تلقائي عند درجة حرارة (25 Co) لأن إشارة قیمة التغیر في الطاقة الحرة بالموجب (ΔGo = +)
مثال (3):
لدیك التفاعل التالي:
احسب:
(أ) ΔGo عند درجة حرارة (25 Co) وضغط جوي واحد
(ب) ΔGo عند درجة حرارة (200 Co) وضغط جوي واحد
الحل:
(أ) بتطبیق العلاقة:
وبما أن قیمة التغیر في الطاقة الحرة بالموجب (ΔG = +) فالتفاعل السابق غیر تلقائي عند درجة حرارة (25 Co)
(ب) حساب التغیر في الطاقة الحرة عند درجة حرارة (200 Co)
وبما أن قیمة التغیر في الطاقة الحرة بالسالب (ΔGo = – ) فالتفاعل السابق یكون تلقائیاً عند درجة حرارة (200 Co)
مثال (4):
احسب التغیر في كل من الإنثالبي والأنتروبي والطاقة الحرة عند الظروف القیاسیة المصاحبة للتفاعلین:
الحل:
ویمكن حساب التغیر في الطاقة الحرة ΔGo باستخدام العلاقة:
وھي نفس القیمة المحسوبة بالقانون:
وتدل قیمتھا الموجبة على أن التفاعل لیس لدیه القابلیة لأن یحدث تلقائیاً عند الظروف القیاسیة (25 Co , 1atm)
بنفس إجراء الخطوات السابقة نحصل على القیم التالیة:
وتدل القیمة السالبة للتغیر في الطاقة الحرة القیاسیة (ΔGo = -32.2 kJ) أن التفاعل لديه القابلية أن يحدث عند درجة حرارة الغرفة.
مثال (5):
احسب طاقة التكوین الحرة القیاسیة (ΔGo) لمول من غاز النشادر إذا علمت أن:
الحل:
أولاً: نحسب التغیر في الأنتروبي القیاسي كما یلي:
ثانیاً: نحسب التغیر في الإنثالبي كما یلي:
ثالثاً: لحساب التغیر في الطاقة الحرة القیاسیة:
وهذة القيمة (ΔGo = -33.46 kJ) تعبر عن طاقة التكوین الحرة لمولین من النشادر كما في المعادلة السابقة، ولذلك للحصول على طاقة التكوین الحرة القیاسیة لمول من غاز النشادر نقسم ھذه القیمة على (2):
مثال (6):
لدیك التفاعل التالي:
ھل یحدث ھذا التفاعل تلقائیاً عند درجة حرارة (298K) علماً بأن:
الحل:
أولاً: نحسب التغیر في الإنثالبي القیاسي (ΔHo)
ثانياً: نحسب التغیر في الأنتروبي القیاسي (ΔSo)
ثالثاً: نحسب التغیر في الطاقة الحرة القياسية (ΔGo)
وحیث أن قیمة الطاقة الحرة بالموجب، لذلك فالتفاعل السابق غیر تلقائي عند درجة حرارة 298 K
مثال (7):
حسب التفاعل التالي:
بالاستعانة بالمعلومات التالیة عند درجة حرارة (25 Co)
احسب:
(أ) (ΔHo)
(ب) (ΔSo)
(جـ) (ΔGo)
(د) ΔG عند درجة حرارة (100 Co) بافتراض أن (ΔHo = ΔH , ΔSo = ΔS)
الحل:
(أ) حساب التغیر في الإنثالبي القیاسي (ΔHo):
(ب) حساب التغیر في الأنتروبي القیاسي (ΔSo):
(جـ) حساب التغیر في الطاقة الحرة القياسية (ΔGo):
وبما أن قیمة التغیر في الطاقة الحرة بالسالب (ΔGo = -) فالتفاعل تلقائي عند درجة حرارة (25 Co)
(د) حساب ΔG عند درجة حرارة :(100 Co)
في ھذه الحالة تم افتراض أن (ΔHo = ΔH , ΔSo = ΔS)
بالتالي فإن التغیر في الطاقة الحرة یحسب من العلاقة:
وبما أن قیمة الطاقة الحرة بالسالب فالتفاعل تلقائي عند درجة الحرارة (100 Co)
مثال (8):
(أ) احسب ΔGo التفاعل التالي:
باستخدام المعلومات التالية:
(ب) وإذا كان التفاعل غیر تلقائي، فما درجة الحرارة التي یكون عندھا التفاعل تلقائیاً؟
الحل:
(أ) أولاً: حساب التغیر في الإنثالبي القیاسي (ΔHo):
ثانياً: حساب التغیر في الأنتروبي القیاسي (ΔSo):
ثالثاً: حساب التغیر في الطاقة الحرة القياسية (ΔGo):
(ب) ولمعرفة درجة الحرارة التي یكون فیھا التفاعل تلقائیاً:
نحدد درجة الحرارة التي یكون (ΔG = 0)(وبفرض ان قيم (ΔHo = ΔH , ΔSo = ΔS) أى لا تتغير درجة الحرارة
وبالتالي فإنه عند الدرجة (111.53 K) تكون (ΔG = 0) ويكون التفاعل متزناً، وتكون الدرجة من الحرارة التى يكون فيها التفاعل:
تلقائیاً ھي (T > 1111.53 K) أي درجة حرارة أعلى من (1111.53 K)
المراجع
– مسائل محلولة على العلاقة بين الإنثالبي والأنتروبي والطاقة الحرة – أسس الكيمياء العامة والفيزيائية – الجزء الأول.عمر بن عبد الله الهزازي ، قسم الكيمياء- كلية العلوم – جامعة أم القرى – المملكة العربية السعودية
المراجع
– مسائل محلولة على العلاقة بين الإنثالبي والأنتروبي والطاقة الحرة – أسس الكيمياء العامة والفيزيائية – الجزء الأول.عمر بن عبد الله الهزازي ، قسم الكيمياء- كلية العلوم – جامعة أم القرى – المملكة العربية السعودية
