طاقة التفاعلات العضوية - (Energetics of reaction)
التفاعل العضوي هو تحول المواد الأولية إلى نواتج ، وعند دراسته يجب ان نعرف بشكل خاص الحد الذي سيسير التفاعل فيه باتجاه النواتج .
حيث تسعى الجمل المتفاعلة باتجاه حالاتها الأكثر أستقرارا ، أي المصحوبة بفرق طاقة كبير .
(اي النواتج تكون أكثر ثباتا من المتفاعلات حينما يكون فرق الطاقة كبيرا )
يتضح من المخطط ان تغير الطاقة البسيط الحاصل عند الانتقال من المواد الاولية إلى النواتج والذي يمكن ان يعد حرارة التفاعل ΔH ، ليس مقياسا مناسبا للتعبير عن الفرق بين المواد الأولية والنواتج ، ولذلك وجد غالبا أنه ليس هناك علاقة بين ΔH و ثابت توازن التفاعل K .
ملاحظة :
H الانتالبية (Enthalpy)
هي مقياس المحتوى الحراري لمركب ما . ويكون مسبوقا ب(-) إذا كان المحتوى الطاقي للنواتج أخفض مما هو عليه في المواد الأولية ، ويكون التفاعل ناشرا للحرارة .
التفاعلات الناشرة للحرارة تملك ثوابت توازن صغيرة (أي تحول صغير للمواد الاولية إلى نواتج )
أما التفاعلات الماصة للحرارة تملك ثوابت توازن كبيرة (أي انتالبية النواتج أعلى مما هو عليه في المواد الاولية )
وبحسب القانون الثاني في الترموديناميك والذي يتعلق بالأحتمالات وبميل الجمل المنتظمة لكي تصبح غير منتظمة ، حيث يدعى المقدار الذي يقيس درجة عدم أنتظام جملة ما بالانتروبية S
تسعى الجمل المتفاعلة للشروط الاكثر أستقرارا ، فتميل باتجاه الطاقة الاكثر أنخفاضا ( الأنتالبية H) , والأنتروبية القصوى (الفوضى)
ويعطى مقياس الثبات النسبي بالعلاقة (طاقة جيبس الحرة)
G = H - ST
T: درجة الحرارة المطلقة
ويعطى التغير في الطاقة الحرة أثناء تفاعل ما وبدرجة حرارة معينة بالعلاقة :
ΔG = ΔH - TΔS
ولقد وجد أن التغير في الطاقة الحرة قي أثناء الانتقال من المواد الأولية إلى النواتج ΔG يتعلق بثابت التوازن K ويعطى بالعلاقة :
ΔG = 2.303 R T log K-
أي يكون أنخفاض الطاقة الحرة أكبر عند الانتقال من المواد الاولية إلى النواتج كلما كانت قيمة K أكبر وهذا مايجعل التوازن ينزاح باتجاه النواتج .
- إن معرفة الطاقة الحرة العيارية للمواد الأولية والنواتج التي قيست من أجل عدد من المركبات العضوية تمكننا من التنبؤ بالمدى المتوقع لتحول المواد الاولية إلى نواتج .
A ⇌ B + C
ΔG = ΔH - TΔS
يحتمل ظهور زيادة كبيرة في الانتروبية بسبب ازدياد الحرية الانتقالية ، ويمكن ان تكون العبارة TΔS- كبيرة لدرجة تفوق قيمة ΔH في التفاعل الماص للحرارة , مما يجعل قيمة ΔG سالبة ، والتوازن منزاح باتجاه نواتج التفاعل .
أما إذا كان التفاعل ناشرا للحرارة أي ان ΔH سالبة فإن ΔG ستكون أكثر سلبية ، ويبقى ثابت التوازن K لذلك أكبر .
وحيث أن عدد الجسيمات المشاركة في التفاعل ينقص عند الانتقال من المواد الاولية إلى النواتج ، فإنه يحتمل حدوث نقصان في الانتروبية ( أي ان ΔS سالبة ) ولذلك
ΔG = ΔH - (-)TΔS
ومالم يكن التفاعل ناشرا للحرارة نشرا كافيا (حيث تكون ΔH سالبة وكبيرة كبرا كافيا ) فإن ΔG ستكون موجبة ، وسينزاح التوازن باتجاه المواد الاولية .
ويمكن ان تترافق تفاعلات التحلق كذلك بنقصان الانتروبية .
- يجب ألا نتغاضى عن أن عبارة الانتروبية تتضمن درجة الحرارة (TΔS) , بينما الانتالبية (ΔH) لاتتضمن ذلك ، وان مساهماتهما النسبية في تغير الطاقة الحرة يمكن ان تكون مختلفة أختلافا ملحوظا من أجل التفاعل نفسه الذي يجري في درجات مختلفة من الحرارة .