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 $U$ ، ولدرجة الحرارة بالرمز $T$ ، و الإنتروبية بالرمز $S$ ، فإن التغير في الطاقة الحرة والتغير في الإنتروبية يعطيان بالمعادلة:

$A=U-TS$

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 .

$\delta W=dA$

وعند درجة حرارة ثابتة ، تنطبق المعادلة:

$\delta W=dA=dU-TdS$

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

$H=U+PV$

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

$G=H-TS=U+PV-TS$

وقد سميت تلك الطاقة باسم مكتشفها العالم الفيزيائي ويلارد غيبس.

انظر أيضا

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