پتانسیل شیمیایی و تعادل
پتانسیل شیمیایی میزان تغییر انرژی آزاد یک سیستم را هنگام افزودن ماده اندازهگیری میکند و برابر قرار دادن پتانسیلهای شیمیایی واکنشدهندهها و فرآوردهها، موقعیت تعادل شیمیایی را مشخص میکند.
Definition
پتانسیل شیمیایی، انرژی آزاد گیبس مولی جزئی یک گونه است، و تعادل شیمیایی حالتی است که در آن انرژی گیبس کل به حداقل میرسد به طوری که پتانسیلهای شیمیایی وزندار واکنشدهندهها و فرآوردهها برابر باشند.
Scope
این موضوع به پتانسیل شیمیایی به عنوان انرژی گیبس مولی جزئی، وابستگی آن به دما، فشار و ترکیب از طریق اکتیویته و فوگاسیته، و نقش آن به عنوان نیروی محرکه برای واکنش و تغییر فاز میپردازد. این موضوع شرط تعادل برای یک واکنش، رابطه بین انرژی گیبس استاندارد واکنش و ثابت تعادل، و پاسخ تعادل به تغییرات شرایط از طریق اصل لوشاتلیه و معادله وانت هوف را توسعه میدهد. اندازهگیری کالریمتری انرژیهای زیربنایی در یک موضوع جداگانه بررسی میشود.
Core questions
- پتانسیل شیمیایی یک گونه چگونه به اکتیویته یا فشار جزئی آن بستگی دارد؟
- چرا تعادل زمانی حاصل میشود که انرژی گیبس واکنش، نه انرژی گیبس استاندارد، صفر باشد؟
- ثابت تعادل چگونه از طریق معادله وانت هوف به دما بستگی دارد؟
- اصل لوشاتلیه چگونه پاسخ تعادل به اختلالات را پیشبینی میکند؟
Key concepts
- پتانسیل شیمیایی و مقادیر مولی جزئی
- اکتیویته، فوگاسیته و حالتهای استاندارد
- ثابت تعادل و خارج قسمت واکنش
- معادله وانت هوف و وابستگی دمایی
- اصل لوشاتلیه
Key theories
- ثابت تعادل از انرژی گیبس واکنش
- انرژی گیبس واکنش شیب انرژی گیبس کل در طول مختصات واکنش است؛ صفر قرار دادن آن شرط تعادل و رابطه بین انرژی گیبس استاندارد واکنش و ثابت تعادل را به دست میدهد.
- وابستگی دمایی از طریق معادله وانت هوف
- تغییر ثابت تعادل با دما توسط آنتالپی استاندارد واکنش کنترل میشود، بنابراین تعادلهای گرماده با سرد شدن به سمت فرآوردهها و تعادلهای گرماگیر با گرم شدن به سمت فرآوردهها تغییر میکنند.
Clinical relevance
پتانسیل شیمیایی و تعادل، بازده سنتزهای صنعتی مانند فرآیند هابر-بوش، حلالیت و توزیع داروها و آلایندهها، تعادلهای اسید-باز و کمپلکسسازی در محلول، و انرژیهای واکنشهای جفتشده در متابولیسم را کنترل میکنند.
History
گیبس پتانسیل شیمیایی را در دهه ۱۸۷۰ معرفی کرد؛ وانت هوف ثابت تعادل را از طریق ایزوخور خود در دهه ۱۸۸۰ به ترمودینامیک مرتبط ساخت، و لوئیس بعدها اکتیویته و فوگاسیته را برای گسترش دقیقتر این رویکرد به محلولها و گازهای واقعی و غیرایدهآل معرفی کرد.
Key figures
- J. Willard Gibbs
- Jacobus Henricus van't Hoff
- Gilbert N. Lewis
Related topics
Seminal works
- atkins2018
- levine2009
Frequently asked questions
- چرا در عبارات تعادل به جای غلظت از اکتیویته استفاده میشود؟
- در محلولها و گازهای غیرایدهآل، مولکولها به گونهای برهمکنش میکنند که دسترسی مؤثر با غلظت یا فشار اسمی متفاوت است؛ اکتیویته کمیتی است که از نظر ترمودینامیکی تصحیح شده و شکل ساده ثابت تعادل را برای سیستمهای واقعی بازمیگرداند.
- آیا کاتالیزور موقعیت تعادل را تغییر میدهد؟
- خیر. کاتالیزور با کاهش یکسان سد فعالسازی در هر دو جهت، سرعت رسیدن به تعادل را افزایش میدهد، اما ثابت تعادل و ترکیب نهایی تعادل را بدون تغییر باقی میگذارد زیرا این موارد توسط ترمودینامیک تعیین میشوند، نه سینتیک.