रासायनिक विभव और साम्यावस्था

रासायनिक विभव यह मापता है कि पदार्थ के जुड़ने पर किसी तंत्र की मुक्त ऊर्जा कैसे बदलती है, और अभिकारकों और उत्पादों के रासायनिक विभवों को बराबर करने से रासायनिक साम्यावस्था की स्थिति का पता चलता है।

Definition

रासायनिक विभव किसी प्रजाति की आंशिक मोलर गिब्स मुक्त ऊर्जा है, और रासायनिक साम्यावस्था वह अवस्था है जिसमें कुल गिब्स ऊर्जा न्यूनतम होती है ताकि अभिकारकों और उत्पादों के भारित रासायनिक विभव बराबर हों।

Scope

यह विषय आंशिक मोलर गिब्स ऊर्जा के रूप में रासायनिक विभव, गतिविधि और भगोड़ेपन (fugacity) के माध्यम से तापमान, दबाव और संघटन पर इसकी निर्भरता, और अभिक्रिया और प्रावस्था परिवर्तन के लिए प्रेरक शक्ति के रूप में इसकी भूमिका को शामिल करता है। यह एक अभिक्रिया के लिए साम्यावस्था की स्थिति, मानक अभिक्रिया गिब्स ऊर्जा और साम्यावस्था स्थिरांक के बीच संबंध, और ले चैटेलियर के सिद्धांत (Le Chatelier's principle) और वान्ट हॉफ समीकरण (van't Hoff equation) के माध्यम से स्थितियों में परिवर्तन के प्रति साम्यावस्था की प्रतिक्रिया को विकसित करता है। अंतर्निहित ऊर्जावानों का कैलोरीमीट्रिक माप एक अलग विषय में वर्णित है।

Core questions

• किसी प्रजाति का रासायनिक विभव उसकी गतिविधि या आंशिक दबाव पर कैसे निर्भर करता है?
• साम्यावस्था तब क्यों पहुँचती है जब अभिक्रिया गिब्स ऊर्जा शून्य होती है, न कि मानक गिब्स ऊर्जा?
• वान्ट हॉफ समीकरण के माध्यम से साम्यावस्था स्थिरांक तापमान पर कैसे निर्भर करता है?
• ले चैटेलियर का सिद्धांत विक्षोभों के प्रति साम्यावस्था की प्रतिक्रिया की भविष्यवाणी कैसे करता है?

Key concepts

• रासायनिक विभव और आंशिक मोलर मात्राएँ
• गतिविधि, भगोड़ापन और मानक अवस्थाएँ
• साम्यावस्था स्थिरांक और अभिक्रिया भागफल
• वान्ट हॉफ समीकरण और तापमान निर्भरता
• ले चैटेलियर का सिद्धांत

Key theories

अभिक्रिया गिब्स ऊर्जा से साम्यावस्था स्थिरांक

अभिक्रिया गिब्स ऊर्जा अभिक्रिया निर्देशांक के साथ कुल गिब्स ऊर्जा का ढलान है; इसे शून्य पर सेट करने से साम्यावस्था की स्थिति और मानक अभिक्रिया गिब्स ऊर्जा और साम्यावस्था स्थिरांक के बीच संबंध प्राप्त होता है।

वान्ट हॉफ समीकरण के माध्यम से तापमान निर्भरता

तापमान के साथ साम्यावस्था स्थिरांक का परिवर्तन मानक अभिक्रिया एन्थैल्पी द्वारा नियंत्रित होता है, इसलिए ऊष्माक्षेपी साम्यावस्था ठंडा करने पर उत्पादों की ओर और ऊष्माशोषी साम्यावस्था गर्म करने पर उत्पादों की ओर स्थानांतरित होती है।

Clinical relevance

रासायनिक विभव और साम्यावस्था औद्योगिक संश्लेषणों की उपज को नियंत्रित करते हैं जैसे कि हैबर-बॉश प्रक्रिया, दवाओं और प्रदूषकों की घुलनशीलता और विभाजन, विलयन में अम्ल-क्षार और संकुलन संतुलन, और चयापचय में युग्मित अभिक्रियाओं की ऊर्जावान।

History

गिब्स ने 1870 के दशक में रासायनिक विभव की शुरुआत की; वान्ट हॉफ ने 1880 के दशक में अपने आइसोकोर (isochore) के माध्यम से साम्यावस्था स्थिरांक को ऊष्मागतिकी से जोड़ा, और लुईस ने बाद में वास्तविक, गैर-आदर्श विलयनों और गैसों के लिए उपचार को कठोरता से विस्तारित करने के लिए गतिविधि और भगोड़ेपन की शुरुआत की।

Key figures

• J. Willard Gibbs
• Jacobus Henricus van't Hoff
• Gilbert N. Lewis

Seminal works

• atkins2018
• levine2009

Frequently asked questions

साम्यावस्था अभिव्यक्तियों में सांद्रता के बजाय गतिविधि का उपयोग क्यों किया जाता है?

गैर-आदर्श विलयनों और गैसों में, अणु इस तरह से परस्पर क्रिया करते हैं कि प्रभावी उपलब्धता नाममात्र सांद्रता या दबाव से भिन्न होती है; गतिविधि ऊष्मागतिकीय रूप से सही की गई मात्रा है जो वास्तविक प्रणालियों के लिए साम्यावस्था स्थिरांक के सरल रूप को पुनर्स्थापित करती है।

क्या एक उत्प्रेरक साम्यावस्था की स्थिति को बदलता है?

नहीं। एक उत्प्रेरक दोनों दिशाओं में सक्रियण अवरोध को समान रूप से कम करके साम्यावस्था तक पहुँचने की गति को बढ़ाता है, लेकिन यह साम्यावस्था स्थिरांक और अंतिम साम्यावस्था संघटन को अपरिवर्तित छोड़ देता है क्योंकि ये ऊष्मागतिकी द्वारा निर्धारित होते हैं, न कि गतिकी द्वारा।