मुक्त ऊर्जा और स्वतःप्रवर्तिता: अध्ययन गाइड

मुख्य विचार

मुक्त ऊर्जा एन्थैल्पी और एन्ट्रॉपी को स्वतः प्रवर्तिता की एक ही कसौटी में जोड़ती है। किसी ताप पर प्रक्रिया स्वतः होती है जब ΔG ऋणात्मक हो, और ΔG° सीधे साम्य स्थिरांक से जुड़ा है।

• ΔG = ΔH − TΔS, जहाँ T केल्विन में। ΔG < 0 का अर्थ स्वतः, ΔG > 0 अस्वतः और ΔG = 0 साम्य है।
• चिह्नों के चार संयोजन: ΔH < 0 और ΔS > 0 सदा स्वतः, ΔH > 0 और ΔS < 0 कभी नहीं, और शेष दो ताप पर निर्भर करते हैं।
• जहाँ चिह्न बदलता है, T = ΔH ÷ ΔS। इकाइयाँ मिलाने के लिए ΔH को जूल में या ΔS को kJ में रखें।
• ΔG° = −RT ln K, इसलिए ऋणात्मक ΔG° का अर्थ K > 1 है और साम्य पर उत्पाद अनुकूल हैं।

मुख्य समीकरण

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

हल किया हुआ उदाहरण

एक प्रक्रिया में ΔH = +40 kJ/mol और ΔS = +100 J/(mol·K) है। 298 K पर ΔG = 40 000 − 298 × 100 = +10 200 J/mol, इसलिए यह स्वतः नहीं है। T = 40 000 ÷ 100 = 400 K से ऊपर यह स्वतः हो जाती है। 298 K पर ΔG° = −10.0 kJ/mol वाली अभिक्रिया के लिए ln K = 10 000 ÷ (8.314 × 298) = 4.04, इसलिए K ≈ 57।

आम गलतियाँ

• एक ही सूत्र में ΔH के लिए kJ और ΔS के लिए J मिला देना।
• T के लिए केल्विन की जगह °C लगाना।
• ΔG° < 0 को अभिक्रिया के तेज़ होने का संकेत समझना। मुक्त ऊर्जा दर के बारे में कुछ नहीं बताती।

अभ्यास

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