الجهد الكيميائي والاتزان
يقيس الجهد الكيميائي كيفية تغير الطاقة الحرة للنظام عند إضافة المادة، وتحديد الجهد الكيميائي للمتفاعلات والنواتج يحدد موضع الاتزان الكيميائي.
Definition
الجهد الكيميائي هو طاقة غيبس الحرة المولية الجزئية لنوع كيميائي، والاتزان الكيميائي هو الحالة التي تكون فيها طاقة غيبس الكلية في حدها الأدنى بحيث تتساوى الجهود الكيميائية الموزونة للمتفاعلات والنواتج.
Scope
يغطي هذا الموضوع الجهد الكيميائي كطاقة غيبس المولية الجزئية، واعتماده على درجة الحرارة والضغط والتركيب من خلال النشاط والفرارية، ودوره كقوة دافعة للتفاعل وتغير الطور. كما يطور شرط الاتزان للتفاعل، والعلاقة بين طاقة غيبس القياسية للتفاعل وثابت الاتزان، واستجابة الاتزان للتغيرات في الظروف من خلال مبدأ لوشاتلييه ومعادلة فانت هوف. يتم تناول القياس الحراري للطاقات الكامنة في موضوع منفصل.
Core questions
- كيف يعتمد الجهد الكيميائي لنوع كيميائي على نشاطه أو ضغطه الجزئي؟
- لماذا يتم الوصول إلى الاتزان عندما تكون طاقة غيبس للتفاعل، وليس طاقة غيبس القياسية، صفرًا؟
- كيف يعتمد ثابت الاتزان على درجة الحرارة من خلال معادلة فانت هوف؟
- كيف يتنبأ مبدأ لوشاتلييه باستجابة الاتزان للاضطرابات؟
Key concepts
- الجهد الكيميائي والكميات المولية الجزئية
- النشاط، الفرارية، والحالات القياسية
- ثابت الاتزان وحاصل التفاعل
- معادلة فانت هوف والاعتماد على درجة الحرارة
- مبدأ لوشاتلييه
Key theories
- ثابت الاتزان من طاقة غيبس للتفاعل
- طاقة غيبس للتفاعل هي ميل طاقة غيبس الكلية على طول إحداثي التفاعل؛ تحديدها بصفر يعطي شرط الاتزان والعلاقة بين طاقة غيبس القياسية للتفاعل وثابت الاتزان.
- الاعتماد على درجة الحرارة عبر معادلة فانت هوف
- يتحكم التغير في ثابت الاتزان مع درجة الحرارة في إنثالبي التفاعل القياسي، لذا فإن الاتزانات الطاردة للحرارة تتحول نحو النواتج عند التبريد، والاتزانات الماصة للحرارة عند التسخين.
Clinical relevance
يتحكم الجهد الكيميائي والاتزان في إنتاج التخليقات الصناعية مثل عملية هابر-بوش، وذوبانية الأدوية والملوثات وتوزيعها، وتوازنات الحمض-القاعدة والتعقيد في المحلول، وطاقة التفاعلات المقترنة في الأيض.
History
قدم غيبس الجهد الكيميائي في سبعينيات القرن التاسع عشر؛ وربط فانت هوف ثابت الاتزان بالديناميكا الحرارية من خلال متساوية الضغط الخاصة به في ثمانينيات القرن التاسع عشر، وقدم لويس لاحقًا النشاط والفرارية لتوسيع المعالجة بدقة لتشمل المحاليل والغازات الحقيقية غير المثالية.
Key figures
- J. Willard Gibbs
- Jacobus Henricus van't Hoff
- Gilbert N. Lewis
Related topics
Seminal works
- atkins2018
- levine2009
Frequently asked questions
- لماذا يستخدم النشاط بدلاً من التركيز في تعبيرات الاتزان؟
- في المحاليل والغازات غير المثالية، تتفاعل الجزيئات بحيث يختلف التوافر الفعال عن التركيز أو الضغط الاسمي؛ النشاط هو الكمية المصححة ديناميكيًا حراريًا التي تعيد الشكل البسيط لثابت الاتزان للأنظمة الحقيقية.
- هل يغير المحفز موضع الاتزان؟
- لا. يسرع المحفز الوصول إلى الاتزان عن طريق خفض حاجز التنشيط في كلا الاتجاهين بالتساوي، لكنه يترك ثابت الاتزان والتركيب النهائي للاتزان دون تغيير لأن هذه تحددها الديناميكا الحرارية، وليس الحركية.