محتوى الشغل

محتوى الشغل في الكيمياء (بالإنجليزية: Work content)

يفتقر محتوى هذه المقالة إلى الاستشهاد بمصادر. فضلاً، ساهم في تطوير هذه المقالة من خلال إضافة مصادر موثوقة. أي معلومات غير موثقة يمكن التشكيك بها وإزالتها. (يوليو 2016)

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.