محتوى الشغل

محتوى الشغل في الكيمياء (بالإنجليزية: Work content)

في التحليل الترموديناميكي للتفاعلات الكيميائية تعبر الحرارة الحرة عن إحدى تعبيرين خاصين بكمية الحرارة التي تنتج أو يستهلكها تفاعل كيميائي ( بعض التفاعلات تنتج حرارة ، وبعضها يحتاج لحرارة لكي يتم ). ويحاول الكيميائي الاستفادة من تلك الحرارة الحرة واستغلالها " لأداء شغل" بأحسن طريقة ( مثل محرك احتراق داخلي يحرق الكيروسين وينتج حركة) ؛ أي مع تقليل كمية الحرارة الضائعة (التي تخرج مع غاز العادم) قدر الإمكان. فعندما يتغير نظام كيميائي فإن طاقته الحرة تقل .

وعندما يتغير نظام من جزيئات ، سواء كان عن طريق تفاعل كيميائي أو تغير في إحدى صفاته الطبيعية ، مثل التبلور مثلا، فمن الممكن ان يحدث أحد التغيرين:

• أن تنخفض الطاقة الحرة ,
• أن تزداد الإنتروبية .

فإذا رمزنا الطاقة الداخلية للنظام الترموديناميكي ${\displaystyle U}$ ، ولدرجة الحرارة بالرمز ${\displaystyle T}$ ، و الإنتروبية بالرمز ${\displaystyle S}$ ، فإن التغير في الطاقة الحرة والتغير في الإنتروبية يعطيان بالمعادلة:

${\displaystyle A=U-TS}$

حيث تنخفض طاقة هلمهولتز الحرة للنظام - المسماة باسم الفيزيائي هيرمان هلمهولز .

تلك المعادلة تنطبق في حالة عدم تغير في حجم النظام ؛ مثلما تفاعل في وعاء مغلق ومحكم . ويكون التغير في الطاقة الحرة لهلمهولز مساويا للحد الأقصى للشغل الناتج من التفاعل في حجم ثابت .

${\displaystyle \delta W=dA}$

وعند درجة حرارة ثابتة ، تنطبق المعادلة:

${\displaystyle \delta W=dA=dU-T\,dS}$

فإذا كان الوعاء مفتوحا - أي أن التفاعل يتم تحت ضغط ثابت - فإن الإنثالبي

${\displaystyle H=U+PV}$

يحل محل الطاقة وتكون الكمية التي تنخفض هي كمية طاقة غيبس الحرة ؛ حيث ${\displaystyle P}$ هو الضغط و ${\displaystyle V}$ الحجم : وتصبح المعادلة التي تعطي التغير في الحرارة الداخلية للنظام هي طاقة غيبس الحرة:

${\displaystyle G=H-TS=U+PV-TS}$

وقد سميت تلك الطاقة باسم مكتشفها العالم الفيزيائي ويلارد غيبس.

مقالات ذات صلة

• معادلة جيبس هيلمهولتز
• معادلة جيبس الأساسية
• معادلات دينامية حرارية

موسوعات ذات صلة :

• موسوعة كيمياء فيزيائية
• موسوعة الفيزياء
• موسوعة الكيمياء