أسئلة وإجابات الكيمياء الكيمياء الفيزيائية

مسائل محلولة على العلاقة بين الإنثالبي والأنتروبي والطاقة الحرة

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 C^o) وهل التفاعل تلقائي؟

الحل:

یمكن حل ھذه المسألة بالعلاقة:

مسائل محلولة على العلاقة بين الإنثالبي والأنتروبي والطاقة الحرة

وبما أن قیمة التغیر في الطاقة الحرة بالسالب فالتفاعل تلقائي عند(25 C^o).

مثال (2):

لدیك التفاعل التالي:

فإذا كانت قيمة التغير في الأنثالبي(ΔH^o) للتفاعل تساوي (68.95 kJ) ، وقيمة التغير في الأنتروبي (ΔS^o) تساوي (114.2 J/K) احسب قيمة التغير في الطاقة الحرة (ΔG^o) عند (25 C^o) وهل التفاعل تلقائي؟

الحل:

بتطبیق العلاقة:

ومن ھنا فإن التفاعل غیر تلقائي عند درجة حرارة (25 C^o) لأن إشارة قیمة التغیر في الطاقة الحرة بالموجب (ΔG^o = +)

مثال (3):

لدیك التفاعل التالي:

احسب:

(أ) ΔG^o عند درجة حرارة (25 C^o) وضغط جوي واحد

(ب) ΔG^o عند درجة حرارة (200 C^o) وضغط جوي واحد

الحل:

(أ) بتطبیق العلاقة:

وبما أن قیمة التغیر في الطاقة الحرة بالموجب (ΔG = +) فالتفاعل السابق غیر تلقائي عند درجة حرارة (25 C^o)

(ب) حساب التغیر في الطاقة الحرة عند درجة حرارة (200 C^o)

وبما أن قیمة التغیر في الطاقة الحرة بالسالب (ΔG^o = – ) فالتفاعل السابق یكون تلقائیاً عند درجة حرارة (200 C^o)

مثال (4):

احسب التغیر في كل من الإنثالبي والأنتروبي والطاقة الحرة عند الظروف القیاسیة المصاحبة للتفاعلین:

الحل:

ویمكن حساب التغیر في الطاقة الحرة ΔG^o باستخدام العلاقة:

وھي نفس القیمة المحسوبة بالقانون:

وتدل قیمتھا الموجبة على أن التفاعل لیس لدیه القابلیة لأن یحدث تلقائیاً عند الظروف القیاسیة (25 C^o , 1atm)

بنفس إجراء الخطوات السابقة نحصل على القیم التالیة:

وتدل القیمة السالبة للتغیر في الطاقة الحرة القیاسیة (ΔG^o = -32.2 kJ) أن التفاعل لديه القابلية أن يحدث عند درجة حرارة الغرفة.

مثال (5):

احسب طاقة التكوین الحرة القیاسیة (ΔG^o) 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 (ΔG^o = -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 (ΔH^o)

ثانياً: نحسب التغیر في الأنتروبي القیاسي (ΔS^o)

ثالثاً: نحسب التغیر في الطاقة الحرة القياسية (ΔG^o)

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 C^o)

احسب:

(أ) (ΔH^o)

(ب) (ΔS^o)

(جـ) (ΔG^o)

(د) ΔG عند درجة حرارة (100 C^o) بافتراض أن (ΔH^o = ΔH , ΔS^o = ΔS)

الحل:

(أ) حساب التغیر في الإنثالبي القیاسي (ΔH^o):

(ب) حساب التغیر في الأنتروبي القیاسي (ΔS^o):

(جـ) حساب التغیر في الطاقة الحرة القياسية (ΔG^o):

وبما أن قیمة التغیر في الطاقة الحرة بالسالب (ΔG^o = -) فالتفاعل تلقائي عند درجة حرارة (25 C^o)

(د) حساب ΔG عند درجة حرارة :(100 C^o)

في ھذه الحالة تم افتراض أن (ΔH^o = ΔH , ΔS^o = ΔS)

بالتالي فإن التغیر في الطاقة الحرة یحسب من العلاقة:

وبما أن قیمة الطاقة الحرة بالسالب فالتفاعل تلقائي عند درجة الحرارة (100 C^o)

مثال (8):

(أ) احسب ΔG^o 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 (ΔH^o):

ثانياً: حساب التغیر في الأنتروبي القیاسي (ΔS^o):

ثالثاً: حساب التغیر في الطاقة الحرة القياسية (ΔG^o):

(ب) ولمعرفة درجة الحرارة التي یكون فیھا التفاعل تلقائیاً:

نحدد درجة الحرارة التي یكون (ΔG = 0)(وبفرض ان قيم (ΔH^o = ΔH , ΔS^o = 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