طاقة جيبس الحرة

2011 الطاقة و التفاعلات

گريس گوپر

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الكيمياء

يمكن أن نضع المفاهيم المتعلقة بالطاقة والإنتروبيا معاً كي نفهم تماماً سبب حدوث بعض التفاعلات بصورة تلقائية، بينما لا تحدث تفاعلات أخرى على هذا النحو، لكننا نحتاج لمفهوم إضافي، وهو «طاقة جيبس الحرة»، الذي يحمل اسم العالم الأمريكي (ويلارد جيبس).

اكتشف (جيبس) معادلة استخدمت تغيرات الإنثالبيا والإنتروبيا في التفاعلات للتنبؤ بحدوث التفاعل.

وتتلخص هذه المعادلة في العبارة التالية:

التغير في طاقة جيبس الحرة = (التغير في الإنثالبيا) − (درجة الحرارة × التغير في الإنتروبيا)

بعبارة أخرى، إن التغير في الإنتروبيا (مضروبة بدرجة الحرارة) يجب أن تطرح

من تغير الإنثالبيا في التفاعل كي نحصل على التغيير حسب طاقة جيبس الحرة، وهذا أمر هام جداً لأن التفاعل لا يحدث بصورة تلقائية إلا عندما تنخفض طاقة جيبس الحرة (أي عندما تكون طاقة جيبس الحرة سالبة)؛ لذلك إذا كان تغير الإنتروبيا كبيراً بصورة كافية، يمكن أن يؤدي إلى إحداث تغير سالب في طاقة جيبس الحرة الكلية، حتى لو كان التبدل في الإنثالبيا موجباً (كما هو الحال في التفاعل الماص للحرارة). وهذا يفسر سبب حدوث بعض التفاعلات الماصة للحرارة بشكل تلقائي.

تنتج في عملية الذوبان، على سبيل المثال، زيادة الإنتروبيا تبدلاً سالباً في طاقة جيبس الحرة، على الرغم من امتصاص الطاقة. وفي هذه الحالة، تتفوق القوة المحركة لزيادة الإنتروبيا على القوة الكابحة لزيادة الإنثالبيا. وبصورة مماثلة، يمكن ألّا يحدث تفاعل طارد للحرارة، الذي يسبب انخفاض الإنتروبيا، بشكل تلقائي، لأن انخفاض الإنتروبيا يلغي التغير السلبي للإنثالبيا.