মুক্ত শক্তি ও স্বতঃস্ফূর্ততা: পাঠ নির্দেশিকা

মূল ধারণা

মুক্ত শক্তি এনথালপি ও এনট্রপিকে স্বতঃস্ফূর্ততার একটি একক পরীক্ষায় একত্র করে। ΔG ঋণাত্মক হলে নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় প্রক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্ত, এবং ΔG° সরাসরি সাম্য ধ্রুবকের সাথে যুক্ত।

• ΔG = ΔH − TΔS, যেখানে T কেলভিনে। ΔG < 0 মানে স্বতঃস্ফূর্ত, ΔG > 0 অস্বতঃস্ফূর্ত এবং ΔG = 0 সাম্য।
• চিহ্নের চারটি সমন্বয়: ΔH < 0 ও ΔS > 0 সবসময় স্বতঃস্ফূর্ত, ΔH > 0 ও ΔS < 0 কখনও নয়, আর বাকি দুটি তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে।
• যেখানে চিহ্ন বদলায় সেখানে T = ΔH ÷ ΔS। একক মেলাতে ΔH জুলে বা ΔS kJ-এ রাখুন।
• ΔG° = −RT ln K, তাই ঋণাত্মক ΔG° মানে K > 1 এবং সাম্যে উৎপাদ অনুকূল।

মূল সমীকরণ

• ΔG = ΔH − TΔS
• ΔG° = −RT ln K
• ΔS_surr = −ΔH ÷ T
• ΔS_total = ΔS_sys + ΔS_surr
• T_switch = ΔH ÷ ΔS

সমাধান করা উদাহরণ

একটি প্রক্রিয়ায় ΔH = +40 kJ/mol এবং ΔS = +100 J/(mol·K)। 298 K-এ ΔG = 40 000 − 298 × 100 = +10 200 J/mol, তাই এটি স্বতঃস্ফূর্ত নয়। T = 40 000 ÷ 100 = 400 K-এর উপরে এটি স্বতঃস্ফূর্ত হয়। 298 K-এ ΔG° = −10.0 kJ/mol এমন বিক্রিয়ার জন্য ln K = 10 000 ÷ (8.314 × 298) = 4.04, তাই K ≈ 57।

সাধারণ ভুল

• একই সূত্রে ΔH-এর জন্য kJ ও ΔS-এর জন্য J মিশিয়ে ফেলা।
• T-এর জন্য কেলভিনের বদলে °C ব্যবহার করা।
• ΔG° < 0 কে বিক্রিয়া দ্রুত বলে পড়া। মুক্ত শক্তি হার সম্পর্কে কিছু বলে না।

অনুশীলন

এই বিষয়ের অনুশীলন প্রশ্ন দিয়ে নিজেকে যাচাই করুন: মুক্ত শক্তি ও স্বতঃস্ফূর্ততা