في الأيام الأولى للكيمياء، استخدم الكيميائيون مصطلح التقارب لوصف القوة المسؤولة عن التفاعلات الكيميائية، أما في العصر الحديث أصبح التقارب يسمى طاقة جيبس الحرة.
تعريف طاقة جيبس الحرة:
طاقة جيبس الحرة هي مقياس لإمكانية العمل العكسي أو الأقصى الذي يمكن القيام به بواسطة نظام في درجة حرارة وضغط ثابتين، وهي خاصية ديناميكية حرارية عرّفها عالم الفيزياء والكيمياء والرياضيات جوزيه ويلارد جيبس في عام 1876 للتنبؤ ما إذا كانت العملية ستحدث تلقائيًا عند درجة حرارة ثابتة وضغط ثابت.
تكتب معادلة جيبس للطاقة الحرة كالتالي:
G = H – T.S
- إذ أن الطاقة الكلية للنظام وتسمى أيضًا هاملتوني H
- هي درجة الحرارة T
- القصور الحراري S
- النظام الدولي للوحدات لطاقة جيبس هو الكيلوجول (KJ).
- G: التغييرات في طاقة جيبس الحرة تتوافق مع التغيرات في الطاقة الحرة للعمليات في درجة حرارة وضغط ثابت وهذا التغيير هو الحد الأقصى للعمل غير التوسعي الذي يمكن الحصول عليه في ظل هذه الظروف في نظام مغلق.
ΔG: سالب للعمليات التلقائية وإيجابي للعمليات غير التلقائية والصفر للعمليات في حالة التوازن. في بعض الأحيان، يتم استخدام مصطلح “المحتوى الحراري الحر” لتمييزه عن طاقة هلمهولتز الحرة. أما بالنسبة للمصطلحات الموصى بها من قبل الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) هي: Gibbs هي طاقة، أو Gibbs وظيفة
طاقة حرة إيجابية وسلبية
يمكن استخدام رمز قيمة طاقة جيبس لتحديد ما إذا كان التفاعل الكيميائي يتواصل تلقائيًا أم لا، إذا كانت علامة ΔG إيجابية، الطاقة الإضافية يجب أن تكون مساهمة لحدوث رد فعل.
أما إذا كانت علامة ΔG سلبية، يكون التفاعل مواتيًا للديناميكا الحرارية وسيحدث تلقائيًا.
ومع ذلك، فمجرد حدوث رد فعل تلقائي لا يعني بتاتًا أنه حدوثه سيكون بشكل سريع، لهذا نجد أن تكوّن الصدأ يحدث من تلقاء نفسه، ومع ذلك يحدث ببطء شديد يمكن مراقبته.
رد فعل الماس للجرافيت لديه كذلك ΔG سلبية عند 25 درجة مئوية و 1 ضغط جوي. لهذا حتى الآن لا نرى أن الألماس يتحول تلقائيًا إلى الجرافيت.
اقرأ أيضًا:
يستخدم العلماء تقنية كيميائية فائزة بجائزة نوبل لتحقيق اختراق في مجال الطاقة النظيفة
ترجمة: رضا الكصاب
تدقيق: فارس سلطة
