Standart Olmayan Durumlar için Serbest Enerji Değişimleri

Bir reaksiyon için standart serbest enerji değişimi, yalnızca standart durum koşulları altında meydana gelirse belirlenebilir;hem reaktanlar hem de ürünler standart durumdayken. Ancak çoğu kimyasal reaksiyon bu koşullar altında gerçekleşmez. Herhangi bir koşul altında standart ya da standart olmayan bir reaksiyonda bulunan ürünlerin ve reaktanların nispi miktarı, reaksiyon katsayısı Q ile tanımlanır.Çözeltide meydana gelen reaksiyonlar için, Q, her reaktif konsantrasyonu stoikiometrik katsayısının gücüne yükseltilerek, ürün ve reaktan konsantrasyonlarının oranından hesaplanır. Gazlı reaksiyonlar için, konsantrasyonların yerine gazların kısmi basınçları kullanılabilir. Bir reaksiyonun serbest enerji değişimi, reaksiyon için standart durum serbest enerji değişimi, delta G naught ve RT çarpı Q’nun doğal logaritmasının toplamına eşittir.Burada, R, mol-kelvin başına jul cinsinden evrensel gaz sabitidir ve T, Kelvin cinsinden reaksiyonun sıcaklığıdır. Sabit sıcaklıkta, standart haldeki serbest enerjinin sabit bir değeri vardır, ancak Q, reaksiyon karışımının bileşimine bağlı olduğu için değişir. Azot ve hidrojenden amonyak gazının 298 Kelvin’de sentezini düşünün.1 atmosfer basınç altında saf gaz olan bir gaz için standart koşullar altında, tüm bileşenlerin kısmi basınçları 1 atm’ye eşittir ve reaksiyon katsayısının büyüklüğü 1’e eşittir. Bu nedenle, reaksiyonun serbest enerji değişimi, reaksiyonun standart serbest enerji değişimine eşittir, mol başına negatif 32, 8 kilojul ve ileri reaksiyon spontandır. Standart olmayan koşullar altında, reaksiyon karışımının bileşenleri başlangıçta 1, 2 atmosfer nitrojen, 3, 6 atmosfer hidrojen ve 0, 60 atmosfer amonyak kısmi basınçlarına sahip olabilir.Daha önce olduğu gibi, reaksiyon katsayısı, kısmi basınç değerlerinden belirlenebilir. Denklemde Q yerine geçersek, reaksiyon için serbest enerji mol başına negatif 45, 3 kilojul olup, ileri yönde spontan bir reaksiyonu gösterir. İleri reaksiyon ilerledikçe, daha fazla amonyak üretilir ve reaksiyon bileşimi değişir.Reaktifler ve ürünler dengede olduğunda, reaksiyon için serbest enerji değişimi sıfırdır ve RT’nin değeri çarpı Q’nun doğal logaritması eşittir ve standart serbest enerji değişiminin işaretinin tersidir. Sonuçta, reaksiyon karışımı 0, 02 atmosfer nitrojen, 0, 06 atmosfer hidrojen ve 4, 8 atmosfer amonyak içeriyorsa, Q çok daha büyüktür ve serbest enerjideki değişim mol başına 5, 6 kilojoule olur. Pozitif bir serbest enerji değişimi, ters reaksiyonun enerjik olarak kazançlı olduğunu gösterir.Böylece, bu koşullar altında amonyak, nitrojen ve hidrojen üretmek için ayrışır.