အင်ထရိုပီနှင့် ဂစ်ဘ်စ် လွတ်လပ်စွမ်းအင်- လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခု မည်သည့်ဘက်သို့ သွားမည်ကို ခန့်မှန်းခြင်း

သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်ခြင်းဆိုသည်မှာ အပူဒိုင်းနမစ်အရ ခွင့်ပြုခြင်းဖြစ်ပြီး မြန်ဆန်ခြင်း မဟုတ်ပါ

သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်သော လုပ်ငန်းစဉ်ဆိုသည်မှာ စတင်ပြီးသည်နှင့် ပြင်ပမှ စဉ်ဆက်မပြတ် စွမ်းအင်ထည့်သွင်းမှု မလိုဘဲ ဆက်လက်ဖြစ်ပေါ်သော လုပ်ငန်းစဉ် ဖြစ်သည်။ သံ သံချေးတက်ခြင်းနှင့် ပူသောအရာမှ အေးသောအရာသို့ အပူစီးဆင်းခြင်းတို့သည် သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်သည်။ ၎င်းတို့၏ ပြောင်းပြန်များမှာ မဟုတ်ပါ- သံချေးသည် သူ့ဘာသာ သံအဖြစ် ပြန်မပြောင်းပါ။

သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်နိုင်မှုသည် အမြန်နှုန်းအကြောင်း ဘာမျှ မပြောပါ။ အခန်းအပူချိန်တွင် စိန်မှ ဂရပ်ဖိုက်သို့ ပြောင်းခြင်းသည် သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်သော်လည်း အလွန်နှေးကွေးသောကြောင့် စိန်များသည် အကန့်အသတ်မရှိ တည်မြဲသည်။ အပူဒိုင်းနမစ်က မည်သည့်ဦးတည်ရာသည် ဆင်ခြေလျှောဖြစ်သည်ကို ပြောပြသည်။ ဓာတ်ပြုနှုန်းဗေဒ (kinetics) က စနစ်သည် ထိုနေရာသို့ မည်မျှ မြန်မြန် ရောက်သည်ကို ပြောပြသည်။

သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်သော လုပ်ငန်းစဉ်အများအပြားသည် အပူကို ထုတ်လွှတ်သော်လည်း အားလုံး မဟုတ်ပါ။ 0 °C အထက်တွင် ရေခဲ အရည်ပျော်ခြင်း၊ ရေ အငွေ့ပျံခြင်းနှင့် အမိုနီယမ်နိုက်ထရိတ် ပျော်ဝင်ခြင်းတို့သည် အားလုံး အပူစုပ် ဖြစ်သော်လည်း သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်ဆဲ ဖြစ်သည်။ အင်သာလ်ပီမှလွဲ၍ အခြားအရာတစ်ခု ပါဝင်နေပြီး ၎င်းမှာ အင်ထရိုပီ ဖြစ်သည်။

အင်ထရိုပီသည် စွမ်းအင် ပျံ့နှံ့နိုင်သော နည်းလမ်းများကို ရေတွက်သည်

အင်ထရိုပီ S သည် စနစ်တစ်ခု၏ တွေ့ရှိရသော အခြေအနေနှင့် ကိုက်ညီသည့် အဏုကြည့် စီစဉ်မှုများ (အဏုအခြေအနေများ) မည်မျှ ရှိသည်ကို တိုင်းတာသည်။ ဘို့ဇ်မန်း၏ ဆက်နွယ်ချက်မှာ S = k ln W ဖြစ်ပြီး W သည် အဏုအခြေအနေ အရေအတွက်နှင့် k သည် ဘို့ဇ်မန်းကိန်းသေ ဖြစ်သည်။ ရွေ့လျားမှု လွတ်လပ်ခွင့် ပိုများခြင်းနှင့် စွမ်းအင်ထားရန် နေရာ ပိုများခြင်းဆိုသည်မှာ အဏုအခြေအနေ ပိုများပြီး အင်ထရိုပီ ပိုမြင့်ခြင်း ဖြစ်သည်။

အပူဒိုင်းနမစ် တတိယနိယာမအရ 0 K ရှိ ပြီးပြည့်စုံသော ပုံဆောင်ခဲတစ်ခုတွင် အင်ထရိုပီ သုည ရှိသည်။ ၎င်းက အင်ထရိုပီကို အကြွင်းမဲ့ သုညမှတ်တစ်ခု ပေးသောကြောင့် ဇယားများတွင် ဖွဲ့စည်းမှုအင်ထရိုပီများ မဟုတ်ဘဲ အကြွင်းမဲ့ စံမိုလာအင်ထရိုပီများ S° ကို စာရင်းပြုသည်။ ΔH°f နှင့် မတူဘဲ ဒြပ်စင်တစ်ခု၏ S° သည် သုည မဟုတ်ပါ- OpenStax နောက်ဆက်တွဲ G က H₂(g) အတွက် 130.7 J/(mol·K) နှင့် O₂(g) အတွက် 205.2 J/(mol·K) ကို ပေးသည်။

ΔS ၏ သင်္ကေတကို မတွက်ချက်မီ များသောအားဖြင့် ခန့်မှန်းနိုင်သည်-

• ဓာတ်ငွေ့များတွင် အရည်များထက် အင်ထရိုပီ အများကြီး ပိုများပြီး အရည်များတွင် အစိုင်အခဲများထက် ပိုများသည်။ နောက်ဆက်တွဲ G က H₂O(l) အတွက် 70.0 J/(mol·K) နှင့် H₂O(g) အတွက် 188.8 J/(mol·K) ကို စာရင်းပြုထားသည်။
• ဓာတ်ငွေ့မိုလ်အရေအတွက်ကို တိုးစေသော ဓာတ်ပြုမှုတွင် များသောအားဖြင့် အပေါင်း ΔS ရှိသည်။ ၎င်းကို လျော့စေသော ဓာတ်ပြုမှုတွင် များသောအားဖြင့် အနုတ် ΔS ရှိသည်။
• အရာဝတ္ထုတစ်ခု၏ အပူချိန်ကို မြှင့်ခြင်းက ၎င်း၏ အင်ထရိုပီကို မြှင့်သည်။
• အစိုင်အခဲတစ်ခုကို အရည်တွင် ပျော်ဝင်စေခြင်းသည် များသောအားဖြင့် အင်ထရိုပီကို တိုးစေသော်လည်း ပတ်ဝန်းကျင်ရေကို ပြင်းထန်စွာ စနစ်တကျ စီစဉ်စေသော အိုင်ယွန်များက ၎င်းကို ပြောင်းပြန် ဖြစ်စေနိုင်သည်။

ΔS° ကို တွက်ချက်ခြင်းနှင့် ဒုတိယနိယာမကို အသုံးချခြင်း

ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခု၏ စံအင်ထရိုပီပြောင်းလဲမှုသည် ဟက်စ်ဥပဒေနှင့် တူညီသော ပုံစံကို လိုက်နာသည်- ΔS° = Σ n S°(products) − Σ m S°(reactants)၊ ချိန်ညှိထားသော ညီမျှခြင်း၏ ကိန်းများကို အသုံးပြု၍။

နမူနာတွက်ချက်မှု 1။ N₂(g) + 3 H₂(g) → 2 NH₃(g) အတွက် နောက်ဆက်တွဲ G က N₂ အတွက် S° = 191.6၊ H₂ အတွက် 130.7 နှင့် NH₃ အတွက် 192.8 ကို ပေးပြီး အားလုံး J/(mol·K) ဖြင့် ဖြစ်သည်။ ΔS° = 2(192.8) − [191.6 + 3(130.7)] = 385.6 − 583.7 = −198.1 J/K။ ဓာတ်ငွေ့ လေးမိုလ်သည် နှစ်မိုလ် ဖြစ်သွားသောကြောင့် အနုတ်သင်္ကေတသည် ခန့်မှန်းချက်နှင့် ကိုက်ညီသည်။

စနစ်အတွက် အနုတ် ΔS သည် သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်သော ဓာတ်ပြုမှုကို ပယ်ချခြင်း မဟုတ်ပါ။ ဒုတိယနိယာမအရ သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်သော လုပ်ငန်းစဉ်တိုင်းတွင် စကြဝဠာ၏ အင်ထရိုပီ တိုးလာသည်- ΔS_univ = ΔS_sys + ΔS_surr > 0။ ပတ်ဝန်းကျင်ထဲသို့ ထုတ်လွှတ်သော အပူက ၎င်းတို့၏ အင်ထရိုပီကို ΔS_surr = −ΔH_sys/T ဖြင့် မြှင့်တင်သည်။ နောက်ဆက်တွဲ G က ဤဓာတ်ပြုမှုအတွက် ΔH° = 2(−45.9) = −91.8 kJ ကို ပေးသည်။ 298.15 K တွင် ΔS_surr = +91 800 J ÷ 298.15 K = +307.9 J/K ဖြစ်သည်။ ΔS_univ = −198.1 + 307.9 = +109.8 J/K ဖြစ်ပြီး အပေါင်းဖြစ်သောကြောင့် ဓာတ်ပြုမှုသည် 25 °C ရှိ စံအခြေအနေများအောက်တွင် သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်သည်။

ဂစ်ဘ်စ် လွတ်လပ်စွမ်းအင်နှင့် သင်္ကေတ ပေါင်းစပ်မှု လေးမျိုး

ပတ်ဝန်းကျင်ကို သီးခြား ခြေရာခံခြင်းသည် အဆင်မပြေပါ။ ΔS_univ ကို −T ဖြင့် မြှောက်ခြင်းက စနစ်ပေါ်တွင်သာ မူတည်သော ပမာဏတစ်ခုကို ပေးသည်- ဂစ်ဘ်စ် လွတ်လပ်စွမ်းအင်ပြောင်းလဲမှု ΔG = ΔH − TΔS။ အပူချိန်နှင့် ဖိအား ပုံသေတွင် ΔG အနုတ်ဖြစ်လျှင် လုပ်ငန်းစဉ်သည် သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်ပြီး ΔG သုညဖြစ်လျှင် မျှခြေတွင် ရှိကာ ΔG အပေါင်းဖြစ်လျှင် သူ့ဘာသာ မဖြစ်ပေါ်ပါ။

နမူနာတွက်ချက်မှု 2။ 298.15 K ရှိ အမိုးနီးယား ပေါင်းစပ်ထုတ်လုပ်မှုအတွက် ΔG° = −91.8 kJ − (298.15 K)(−0.1981 kJ/K) = −32.7 kJ ဖြစ်သည်။ ΔS ကို J/K မှ kJ/K သို့ ပြောင်းခြင်းကို သတိပြုပါ။ နောက်ဆက်တွဲ G တွင် ဖွဲ့စည်းမှု လွတ်လပ်စွမ်းအင်များလည်း စာရင်းပြုထားပြီး 2 × ΔG°f(NH₃) = 2(−16.5) = −33.0 kJ ဖြစ်သည်။ လမ်းကြောင်းနှစ်ခုသည် ဇယားတန်ဖိုးများ၏ အနီးစပ်ဆုံးယူမှုအတွင်း ကိုက်ညီသည်။ တူညီသော −32.7 kJ သည် နမူနာ 1 မှ −T × ΔS_univ နှင့်လည်း ညီမျှသည်။

T သည် အမြဲ အပေါင်းဖြစ်သောကြောင့် ΔH နှင့် ΔS ၏ သင်္ကေတများက ပုံစံကို သတ်မှတ်သည်-

• ΔH အနုတ်၊ ΔS အပေါင်း- အပူချိန်တိုင်းတွင် သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်သည်။
• ΔH အပေါင်း၊ ΔS အနုတ်- အပူချိန်တိုင်းတွင် သူ့ဘာသာ မဖြစ်ပေါ်ပါ။
• ΔH အနုတ်၊ ΔS အနုတ်- ကူးပြောင်းအပူချိန် T = ΔH/ΔS အောက်တွင် သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်သည်။ အမိုးနီးယား ပေါင်းစပ်ထုတ်လုပ်မှုသည် ဤအုပ်စုတွင် ပါဝင်ပြီး T = −91 800 J ÷ −198.1 J/K = 463 K၊ 190 °C ခန့် ဖြစ်သည်။
• ΔH အပေါင်း၊ ΔS အပေါင်း- ကူးပြောင်းအပူချိန် အထက်တွင် သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်သည်။ အရည်ပျော်ခြင်းနှင့် ဆူပွက်ခြင်းသည် ဤအုပ်စုတွင် ပါဝင်သည်။

နမူနာတွက်ချက်မှု- ရေသည် 100 °C အနီးတွင် ဆူရခြင်း အကြောင်းရင်း

H₂O(l) → H₂O(g) အတွက် နောက်ဆက်တွဲ G က ΔH° = −241.82 − (−285.83) = +44.01 kJ နှင့် ΔS° = 188.8 − 70.0 = +118.8 J/K ကို ပေးသည်။ ကူးပြောင်းအပူချိန်မှာ 44 010 J ÷ 118.8 J/K = 370 K သို့မဟုတ် 97 °C ခန့် ဖြစ်သည်။ တိုင်းတာထားသော ပုံမှန်ဆူမှတ်မှာ 373 K ဖြစ်သည်။ ΔH နှင့် ΔS နှစ်ခုလုံးသည် အပူချိန်နှင့်အတူ ပြောင်းလဲပြီး ဤခန့်မှန်းချက်က ၎င်းတို့၏ 25 °C တန်ဖိုးများကို အသုံးပြုသောကြောင့် ကွာဟချက်ငယ် ဖြစ်ပေါ်သည်။ သို့သော်လည်း 25 °C တွင် တိုင်းတာထားသော ဒေတာက ဆူမှတ်ကို 3 K ခန့်အတွင်း ခန့်မှန်းနိုင်သည်။

25 °C တွင် ΔG° = −228.59 − (−237.1) = +8.51 kJ ဖြစ်ပြီး အပေါင်း ဖြစ်သည်။ သို့သော် ပွင့်နေသော ပန်းကန်ထဲတွင် ထားခဲ့သော ရေသည် အငွေ့ပျံသည်။ ဖြေရှင်းချက်မှာ ΔG° သည် စံအခြေအနေများကို ရည်ညွှန်းပြီး ဤနေရာတွင် 1 bar ရှိ ရေငွေ့ ဖြစ်သည်။ အမှန်တကယ် လွတ်လပ်စွမ်းအင်ပြောင်းလဲမှုသည် ΔG = ΔG° + RT ln Q မှတစ်ဆင့် အမှန်တကယ် ရေငွေ့ဖိအားပေါ်တွင် မူတည်သည်။ လေထဲတွင် ရေငွေ့ 0.0100 bar ရှိလျှင် Q = 0.0100 ဖြစ်ပြီး ΔG = 8.51 kJ + (8.314 × 10⁻³ kJ/(mol·K))(298.15 K) ln(0.0100) = 8.51 − 11.42 = −2.91 kJ/mol ဖြစ်သည်။ ထိုအခြေအနေများအောက်တွင် အငွေ့ပျံခြင်းသည် သူ့ဘာသာ ဖြစ်ပေါ်သည်။

ΔG° မှ မျှခြေကိန်းသေသို့

မျှခြေတွင် ΔG = 0 နှင့် Q = K ဖြစ်သောကြောင့် ΔG° = −RT ln K သို့မဟုတ် K = e^(−ΔG°/RT) ဖြစ်သည်။ အနုတ် ΔG° သည် 1 ထက်ကြီးသော K ကို ပေးပြီး မျှခြေတွင် ထုတ်ကုန်များကို အားသာစေသည်ဟု ဆိုလိုသည်။ အပေါင်း ΔG° သည် 1 ထက်ငယ်သော K ကို ပေးသည်။ ဆက်နွယ်ချက်သည် ထပ်ကိန်းပုံစံ ဖြစ်သောကြောင့် 25 °C တွင် ΔG° တွင် 5.7 kJ/mol ခန့် ပြောင်းလဲမှုက K ကို ဆယ်ဆ ပြောင်းလဲစေသည်။

နမူနာတွက်ချက်မှု 3။ 25 °C ရှိ ရေ အငွေ့ပျံခြင်းအတွက် K = exp[−8510 ÷ (8.314 × 298.15)] = 0.0323 ဖြစ်သည်။ ဤနေရာတွင် K သည် bar ဖြင့် မျှခြေ ရေငွေ့ဖိအား ဖြစ်ပြီး ၎င်းသည် 24.2 torr ဖြစ်သည်။ OpenStax ဇယား 9.2 က 25 °C တွင် တိုင်းတာထားသော 23.8 torr ကို စာရင်းပြုထားသည်။ ဇယားပြုထားသော အပူဒိုင်းနမစ်ဒေတာ တစ်ခုတည်းမှ ဤမျှ နီးကပ်စွာ ရရှိခြင်းသည် နည်းလမ်း အလုပ်ဖြစ်ကြောင်း ခိုင်မာသော စစ်ဆေးချက် ဖြစ်သည်။

နမူနာတွက်ချက်မှု 4။ အမိုးနီးယား ပေါင်းစပ်ထုတ်လုပ်မှုအတွက် 25 °C တွင် K = exp[−(−33 000) ÷ (8.314 × 298.15)] ≈ 6 × 10⁵ ဖြစ်သည်။ K ကို အရေးပါသော ဂဏန်း တစ်လုံး သို့မဟုတ် နှစ်လုံးဖြင့်သာ ဖော်ပြပါ။ ΔG° တွင် 0.1 kJ မသေချာမှုကပင် K ကို 4 ရာခိုင်နှုန်းခန့် ပြောင်းလဲစေသည်။

သင်္ကေတ၊ ယူနစ်နှင့် စံအခြေအနေ ချော်ယွင်းမှုများ

လွတ်လပ်စွမ်းအင် ပုစ္ဆာများရှိ အမှားအများစုသည် ယူနစ်များမှလည်းကောင်း၊ စံအခြေအနေများနှင့် အမှန်တကယ် အခြေအနေများကို ရောထွေးခြင်းမှလည်းကောင်း လာသည်။ ပုဒ်မတိုင်းတွင် ယူနစ်များ ရေးပြီး ရလဒ်တစ်ခုစီ၏ သင်္ကေတသည် သင့်ခန့်မှန်းချက်နှင့် ကိုက်ညီကြောင်း စစ်ဆေးပါ။

• kJ ဖြင့် ΔH ကို J/K ဖြင့် ΔS နှင့် မပြောင်းဘဲ ပေါင်းစပ်ခြင်း။ ဦးစွာ ΔS ကို 1000 ဖြင့် စားပါ။
• စင်တီဂရိတ်အပူချိန်ကို အသုံးပြုခြင်း။ ΔG = ΔH − TΔS နှင့် RT ln K ရှိ T သည် ကယ်လ်ဗင်ဖြင့် ဖြစ်ရမည်။
• ဒြပ်စင်တစ်ခု၏ S° ကို သုညဟု သတ်မှတ်ခြင်း။ ကိုးကားပုံစံရှိ ဒြပ်စင်များအတွက် ΔH°f နှင့် ΔG°f သာ သုည ဖြစ်သည်။
• ΔG° နှင့် ΔG ကို အတူတူပင်ဟု သဘောထားခြင်း။ ΔG° သည် စံအခြေအနေများအကြောင်း ပြောပြပြီး K ကို သတ်မှတ်သည်၊ ΔG က အမှန်တကယ် အခြေအနေများအောက်တွင် ဘာဖြစ်မည်ကို ဆုံးဖြတ်သည်။
• အနုတ် ΔG ရှိသော ဓာတ်ပြုမှုသည် မြန်ဆန်ရမည်ဟု ကောက်ချက်ချခြင်း။
• စွမ်းအင်ညီမျှခြင်းများတွင် R = 0.08206 L·atm/(mol·K) ကို အသုံးပြုခြင်း။ 8.314 J/(mol·K) ကို အသုံးပြုပါ။