गिब्स मुक्त ऊर्जा और स्वतःस्फूर्तता

गिब्स मुक्त ऊर्जा की अवधारणा, जिसे $G$ से दर्शाया जाता है, एक मौलिक थर्मोडायनेमिक क्षमता है जिसका उपयोग स्थिर तापमान ($T$) और दबाव ($P$) पर एक थर्मोडायनेमिक प्रणाली द्वारा किए जा सकने वाले अधिकतम उत्क्रमणीय कार्य की गणना के लिए किया जाता है। इन विशिष्ट परिस्थितियों में किसी प्रक्रिया की स्वतःस्फूर्तता निर्धारित करने के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन ($\Delta G$) एक महत्वपूर्ण मानदंड है।

गिब्स समीकरण

गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन ($\Delta G$), एन्थैल्पी में परिवर्तन ($\Delta H$), और एन्ट्रॉपी में परिवर्तन ($\Delta S$) के बीच संबंध निम्नलिखित समीकरण द्वारा दिया गया है:

$$ \\Delta G = \\Delta H - T\\Delta S $$

जहाँ $\Delta H$ अवशोषित या जारी की गई ऊष्मा का प्रतिनिधित्व करता है, और $T\Delta S$ वह ऊर्जा है जो कार्य करने के लिए अनुपलब्ध है।

स्थिर T और P पर स्वतःस्फूर्त प्रक्रियाओं के लिए मानदंड

स्थिर तापमान और दबाव पर होने वाली रासायनिक या भौतिक प्रक्रिया के लिए, $\Delta G$ का चिह्न उस दिशा को निर्धारित करता है जिसमें प्रक्रिया स्वतःस्फूर्त रूप से आगे बढ़ेगी:

यदि $\Delta G < 0$: प्रक्रिया अग्र दिशा में स्वतःस्फूर्त है। प्रणाली कम मुक्त ऊर्जा की स्थिति की ओर बढ़ रही है।
यदि $\Delta G > 0$: प्रक्रिया अग्र दिशा में गैर-स्वतःस्फूर्त है। प्रक्रिया होने के लिए बाहरी ऊर्जा जोड़ी जानी चाहिए।
यदि $\Delta G = 0$: प्रणाली साम्यावस्था में है, जिसका अर्थ है कि अग्र और विपरीत प्रतिक्रियाओं की दरें बराबर हैं।

इसलिए, स्थिर तापमान और दबाव पर एक स्वतःस्फूर्त प्रक्रिया के लिए, गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन नकारात्मक ($\Delta G < 0$) होना चाहिए। यह इन बाधाओं के तहत स्वतःस्फूर्तता के लिए सही थर्मोडायनेमिक स्थिति है। इस सिद्धांत का उपयोग रसायन विज्ञान और भौतिकी में प्रतिक्रियाओं की व्यवहार्यता की भविष्यवाणी करने के लिए व्यापक रूप से किया जाता है।

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