آخر تحديث: 2026-06-16

يخبرك تغيّر طاقة جيبس الحرة $\Delta G$ بما إذا كان التفاعل تلقائيًا وبمقدار الشغل المفيد الذي يستطيع أداءه. وفي تفاعل أكسدة واختزال يجري في خلية كهروكيميائية، تَحمِل الإلكتروناتُ المتحركة عبر فرق جهد تلك الطاقةَ الحرة، فيمكن قراءتها مباشرة من فلطية الخلية. وتحوِّل هذه الحاسبة جهد خلية مقيسًا أو قياسيًا إلى $\Delta G$، وهو الجسر بين الكهروكيمياء والثرموديناميك الذي يلتقيه الدارسون حين يربطون فلطيات الخلية بالتلقائية.

الطاقة التي تحملها الإلكترونات

عندما يتحرك $n$ من مولات الإلكترونات عبر جهد $E$، يكون الشغل الكهربائي المبذول هو الشحنة مضروبة في الفلطية. ويحمل مول واحد من الإلكترونات ثابت فاراداي $F = 96{,}485\ \mathrm{C/mol}$، فيكون تغيّر الطاقة الحرة:

$\Delta G = -nFE$

تشفِّر الإشارة السالبة الاصطلاح القائل بأن التفاعل التلقائي يُحرِّر الطاقة الحرة. ولأن هذا الحاصل يخرج بوحدة جول لكل مول، فإن القسمة على 1000 تعبّر عن الطاقة الحرة بكيلوجول لكل مول. واستخدام الجهد القياسي $E^\circ$ يعطي الطاقة الحرة القياسية $\Delta G^\circ$.

مثال محلول

تنقل خلية دانيال إلكترونين ولها جهد قياسي مقداره $1.10\ \mathrm{V}$:

تبيّن القيمة السالبة الكبيرة أن التفاعل تلقائي بقوة وأنه قادر على تحرير قدر كبير من الطاقة على صورة شغل كهربائي.

لماذا تصحّ هذه الصيغة

الطاقة الحرة هي أقصى شغل غير تمددي متاح من العملية. وفي الخلية يكون هذا الشغل كهربائيًا: شحنة $nF$ تُدفَع عبر جهد $E$. ومساواة الكميتين تعطي $\Delta G = -nFE$ تمامًا. وتسري العلاقة نفسها عكسيًا، إذ تقتضي قيمة معلومة لـ $\Delta G$ فلطية خلية، وبهذا تُراجَع البيانات الثرموديناميكية والقياسات الكهروكيميائية بعضها مقابل بعض.

ولإيجاد جهد الخلية نفسه من جداول الأقطاب، ابدأ بـ حاسبة جهد الخلية القياسي. ولأن $\Delta G^\circ$ تساوي أيضًا $-RT\ln K$، تربط الطاقة الحرة مباشرة بموضع الاتزان الذي تحسبه حاسبة ثابت الاتزان من جهد الخلية. ولمسلك غير كهروكيميائي إلى الكمية نفسها، تستخدم حاسبة طاقة غيبس الحرة المحتوى الحراري والإنتروبيا بدلًا من ذلك.