গীবস মুক্ত শক্তি: ইউনিট, এটি কীভাবে গণনা করা যায়, অনুশীলনগুলি সমাধান করুন SOLVED - রসায়ন - 2025

গিবস মুক্ত শক্তি (সাধারণত পরিচিত যেমন জি) একটি তাপগতীয় সম্ভাব্য এনথ্যাল্পি এইচ পার্থক্য হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা, বিয়োগ তাপমাত্রা টি, সিস্টেমের এনট্রপি এস গুণফল হল:

গিবস মুক্ত শক্তি পরিমাপ করা হয় জোলসে (আন্তর্জাতিক সিস্টেম অনুসারে), এরগগুলিতে (ইউনিটের সিজিমাল সিস্টেমের জন্য), ক্যালোরিতে বা ইলেক্ট্রন ভোল্টে (বৈদ্যুতিন ভোল্টের জন্য)।

চিত্র 1. চিত্রটি গিবস শক্তির সংজ্ঞা এবং অন্যান্য থার্মোডাইনামিক সম্ভাবনার সাথে এর সম্পর্ক প্রদর্শন করে। সূত্র: পারমাণবিক বিদ্যুৎ.কম।

ধ্রুবক চাপ এবং তাপমাত্রায় ঘটে এমন প্রক্রিয়াগুলিতে গীবস মুক্ত শক্তির বিভিন্নতা হ'ল =G = ΔH - T ΔS। এই জাতীয় প্রক্রিয়াগুলিতে, (জি) সিস্টেমে উপলব্ধ শক্তি প্রতিনিধিত্ব করে যা কাজে রূপান্তরিত হতে পারে।

উদাহরণস্বরূপ, এক্সোথেরমিক রাসায়নিক বিক্রিয়ায় এনট্রপি বৃদ্ধি পায় এবং এনট্রপি বৃদ্ধি পায়। গিবস ফাংশনে এই দুটি কারণের মোকাবিলা করা হয় তবে গীবস শক্তি কমে গেলে কেবল প্রতিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে।

সুতরাং জি এর প্রকরণটি যদি নেতিবাচক হয় তবে প্রক্রিয়াটি স্বতঃস্ফূর্ত হয়। গীবস ফাংশন যখন সর্বনিম্নে পৌঁছে যায় তখন সিস্টেমটি একটি স্থিতিশীল ভারসাম্য অবস্থায় পৌঁছে যায়। সংক্ষেপে, একটি প্রক্রিয়া যার জন্য চাপ এবং তাপমাত্রা স্থির থাকে, আমরা নিশ্চিত করতে পারি:

- যদি প্রক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্ত হয় তবে ΔG <0

- যখন সিস্টেমটি ভারসাম্যহীন থাকে: ΔG = 0

- একটি স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়াতে জি বৃদ্ধি পায়: ΔG> 0।

কিভাবে এটি গণনা করা হয়?

গীবস ফ্রি এনার্জি (জি) শুরুতে দেওয়া সংজ্ঞা ব্যবহার করে গণনা করা হয়:

ঘুরেফিরে, এনথ্যালপি এইচ একটি থার্মোডাইনামিক সম্ভাব্য হিসাবে সংজ্ঞায়িত:

- ধাপে ধাপে

এরপরে, গিবিজ শক্তি একটি ফাংশন যার স্বাধীন ভেরিয়েবলগুলি জানার জন্য একটি ধাপে ধাপে বিশ্লেষণ করা হবে:

1- থার্মোডায়নামিক্সের প্রথম আইন থেকে আমাদের কাছে আছে যে অভ্যন্তরীণ শক্তি ইউ সিস্টেমের এনট্রপি এস এর সাথে সম্পর্কিত এবং বিচ্ছিন্ন সম্পর্কের মাধ্যমে বিপরীতমুখী প্রক্রিয়াগুলির জন্য এর ভলিউম ভি এর সাথে সম্পর্কিত:

এই সমীকরণ থেকে এটি অনুসরণ করে যে অভ্যন্তরীণ শক্তি U হল ভেরিয়েবল এস এবং ভি এর একটি ফাংশন:

2- এইচ এর সংজ্ঞা থেকে শুরু করে এবং ডিফারেনশিয়াল গ্রহণ, আমরা প্রাপ্ত:

3- আমাদের কাছে (1) প্রাপ্ত dাবির জন্য এক্সপ্রেশনটি প্রতিস্থাপন:

এ থেকে সিদ্ধান্তে পৌঁছে যে এনথালপি এইচ এনট্রপি এস এবং চাপ পি এর উপর নির্ভর করে, যা:

4- এখন গিবস মুক্ত শক্তির মোট পার্থক্যটি গণনা করা হয়:

যেখানে ডিএইচ (3)-তে পাওয়া এক্সপ্রেশন দ্বারা প্রতিস্থাপন করা হয়েছে।

5- শেষ অবধি, সরলকরণের সময়, আমরা পাই: ডিজি = ভিডিপি - এসডিটি, পরিষ্কার যে মুক্ত শক্তি জি চাপ এবং তাপমাত্রা টির উপর নির্ভর করে:

- ম্যাক্সওয়েলের থার্মোডিনামিক সম্পর্ক

পূর্ববর্তী বিভাগের বিশ্লেষণ থেকে এটি অনুমান করা যায় যে কোনও সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তি হ'ল এনট্রপি এবং ভলিউমের একটি ফাংশন:

তাহলে ইউ এর পার্থক্য হবে:

এই আংশিক ডেরাইভেটিভ এক্সপ্রেশন থেকে তথাকথিত ম্যাক্সওয়েল থার্মোডাইনামিক সম্পর্ক উত্পন্ন করা যেতে পারে। আংশিক ডেরাইভেটিভস প্রয়োগ হয় যখন কোনও ফাংশন একাধিক ভেরিয়েবলের উপর নির্ভর করে এবং পরবর্তী বিভাগে উপপাদ্যটি ব্যবহার করে সহজেই গণনা করা হয়।

ম্যাক্সওয়েলের প্রথম সম্পর্ক

∂ _ভী T- _এস = -∂ _এস P- _ভী

এই সম্পর্কের দিকে পৌঁছানোর জন্য, আংশিক ডেরিভেটিভসের উপর ক্লেয়ারট - শোয়ার্জ উপপাদ্য ব্যবহৃত হয়েছে, যা নিম্নলিখিতটি বলে:

ম্যাক্সওয়েলের দ্বিতীয় সম্পর্ক

পূর্ববর্তী বিভাগের 3 পয়েন্টে যা দেখানো হয়েছে তার উপর ভিত্তি করে:

এটি প্রাপ্ত করা যেতে পারে:

আমরা অন্য দুটি ম্যাক্সওয়েল থার্মোডাইনামিক সম্পর্ক পেতে গিবস মুক্ত শক্তি জি = জি (পি, টি) এবং হেলহোল্টজ মুক্ত শক্তি F = F (টি, ভি) এর সাথে একইভাবে এগিয়ে চলেছি।

চিত্র 2. জোশিয়াহ গিবস (1839-1903) একজন আমেরিকান পদার্থবিজ্ঞানী, রসায়নবিদ এবং গণিতবিদ যিনি থার্মোডায়নামিক্সে দুর্দান্ত অবদান রেখেছিলেন। সূত্র: উইকিমিডিয়া কমন্স।

ম্যাক্সওয়েলের চারটি থার্মোডাইনামিক সম্পর্ক

অনুশীলনী 1

আইসোথার্মাল সম্প্রসারণের সময় 300 কে তাপমাত্রায় আদর্শ গ্যাসের 2 মলের জন্য গিবস মুক্ত শক্তির পরিবর্তনের গণনা করুন যা 20 লিটারের প্রাথমিক ভলিউম থেকে 40 লিটারের চূড়ান্ত ভলিউমে ব্যবস্থা গ্রহণ করে।

সমাধান

গিবস মুক্ত শক্তির সংজ্ঞাটি স্মরণ করে:

তারপরে এফ এর সীমাবদ্ধ তারতম্য হবে:

এই অনুশীলনের ক্ষেত্রে কী প্রয়োগ হয়েছিল তা অবশেষ:

তারপরে আমরা হেলহোল্টজ শক্তিতে পরিবর্তন পেতে পারি:

অনুশীলন 2

গিবস মুক্ত শক্তি হ'ল তাপমাত্রা এবং চাপের কাজ জি = জি (টি, পি); এক প্রক্রিয়া চলাকালীন জি এর প্রকরণটি নির্ধারণ করুন যেখানে একতাত্ত্বিক আদর্শ গ্যাসের এন মোলগুলির জন্য তাপমাত্রা পরিবর্তন হয় না (আইসোথার্মাল)।

সমাধান

উপরে প্রদর্শিত হিসাবে, গীব্স শক্তির পরিবর্তন কেবলমাত্র তাপমাত্রা T এবং ভলিউম V এর পরিবর্তনের উপর নির্ভর করে, সুতরাং এর একটি অনন্য প্রকরণটি অনুযায়ী অনুযায়ী গণনা করা হয়:

তবে যদি এটি এমন একটি প্রক্রিয়া হয় যেখানে তাপমাত্রা স্থির থাকে তবে ডিএফ = + ভিডিপি, সুতরাং একটি সীমাবদ্ধ চাপের প্রকরণ - পি দ্বারা প্রদত্ত গীবস শক্তির পরিবর্তনের দিকে পরিচালিত করে:

আদর্শ গ্যাস সমীকরণ ব্যবহার:

একটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়া চলাকালীন এটি ঘটে যে:

এটাই:

সুতরাং পূর্ববর্তী ফলাফলটি ভলিউম ΔV এর পরিবর্তনের ফাংশন হিসাবে লেখা যেতে পারে:

অনুশীলন 3

নিম্নলিখিত রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া বিবেচনা:

N ₂ 0 (g) + (3/2) O ₂ (g) ↔️ 2NO ₂ (g) তাপমাত্রায় T = 298 K

গীবস মুক্ত শক্তির বিভিন্নতা সন্ধান করুন এবং প্রাপ্ত ফলাফলটি ব্যবহার করে এটি স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়া কিনা তা নির্দেশ করুন।

সমাধান

পদক্ষেপ এখানে:

- প্রথম পদক্ষেপ: প্রতিক্রিয়া enthalpies

- দ্বিতীয় পদক্ষেপ: প্রতিক্রিয়া এনট্রপি প্রকরণ

- তৃতীয় পদক্ষেপ: গীবস ফাংশনে পরিবর্তন

এই মানটি হ্রাসকারী শক্তি এবং ক্রমবর্ধমান এনট্রপির মধ্যে ভারসাম্য নির্ধারণ করবে এটি জানতে হবে যে প্রতিক্রিয়াটি শেষ পর্যন্ত স্বতঃস্ফূর্ত কিনা।

যেহেতু এটি গীবস শক্তির নেতিবাচক প্রকরণ, তাই এটি সিদ্ধান্তে নেওয়া যায় যে এটি 298 কে = 25 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড তাপমাত্রায় স্বতঃস্ফূর্ত প্রতিক্রিয়া।

তথ্যসূত্র

1. চেস্টনটস ই। বিনামূল্যে শক্তি ব্যায়াম। উদ্ধার করা হয়েছে: lidiaconlaquimica.wordpress.com থেকে।
2. কেঞ্জেল, ওয়াই। 2012. থার্মোডাইনামিক্স। 7 ম সংস্করণ। ম্যাকগ্রা হিল
3. Libretexts। গীবস ফ্রি এনার্জি পুনরুদ্ধার: chem.libretexts.org থেকে
4. Libretexts। ফ্রি এনার্জি কি। পুনরুদ্ধার: chem.libretexts.org থেকে
5. উইকিপিডিয়া। গীবস বিনামূল্যে শক্তি। পুনরুদ্ধার করা হয়েছে: es.wikedia.com.com থেকে
6. উইকিপিডিয়া। গীবস বিনামূল্যে শক্তি। পুনরুদ্ধার করা হয়েছে: en.wikedia.com থেকে ipedia