ألفة كيميائية

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

الألفة الكيميائية (بالإنجليزية:affinity ) تنتج من خواص إلكترونية تستطيع المواد غير المتشابهه من خلالها على تكوين مركبات كيميائية .

كان الاعتقاد في الماضي أن المواد تتفاعل مع بعضها البعض بسبب نوع من القرابة بينها وأن تلك القرابة هي الدافع لحدوث تفاعل كيميائي ، أي ألفة أيونات أو ذرات على تكوين روابط تساهماية (ألفة تفاعل). فإذا "تنافس " أيونين مختلفين على الارتباط بذرة أكسجين فيسمى ذلك ألفة للأكسجين. أما إذا كانت الرابطة معتمدة على قوة التجاذب الكهربائي ،وهو ارتباط ضعيف ، فيسمى ذلك "ألفة ترابط ".

وطبقا للمؤرخ الكيميائي "هنري لايسيستر" أن الكتاب الشهير ل"جربرت لويس " و "ميرل راندال " بعنوان " الترموديناميكا والطاقة الحرة للتفاعلات الكيميائية" قد أدى إلى استبدال كلمة "ألفة كيميائية" بمصطلح الطاقة الحرة في معظم البلاد المتحدثة بالإنجليزية.


ويستخدم التحليل اللوني التآلفي هذا النوع من التآثر بين العناصر المترابطة بغرض تنقية المادة. في تلك الطريقة يربط غالبا جزيئ شبه مستقر بحامل ويعمل الحامل على منع ارتباط جزيئ آخر (مثل بروتين) له ألفة كبيرة للجزيئ المحمول ، ويحافظ بذلك على نقاوته .

أقوال عن الألفة الكيميائية[عدل]

تنسب الألفة الكيميائية إلى ظاهرة ميول بعض الذرات والجزيئات لتكوين رابطات بينها . وذكر الطبيب " جورج كاري " في كتابه تحت عنوان " كيمياء حياة الإنسان" الذي أصدره عام 1919 ان" الصحة تعتمد على قدر معين من فوسفات الحديد Fe3(PO4)2 في الدم نظرا لأن هذه الجزيئات لها ألفة كيميائية للأكسجين وتنقله إلى جميع أعضاء ."

كما يلخص إيليا بريغوجين العالم الكيميائي الذي حصل على جائزة نوبل عام 1977 مفهوم الألفة الكيميائية ، قائلا :

   
ألفة كيميائية
جميع التفاعلات الكيميائية توجه الحالة إلى توازن كيميائي تختفي عندها "ألألفة الكيميائية" للتفاعل .
   
ألفة كيميائية

في الترموديناميكا[عدل]

التعريف الحالي طبقا لهيئة IUPAC تقول أن الألفة الكيميائية A هي المشتقة الجزئية السالبة لطاقة جيبس الحرة G بالنسبة إلى تقدم تفاعل ξ عند ضغط ثابت و درجة حرارة ثابتة. [1]

أي أن :

A = -\left(\frac{\partial G}{\partial \xi}\right)_{P,T}

ومعنى ذلك أن الألفة الكيميائية تكون موجبة الإشارة عندما يتم التفاعل تلقائيا.

في عام 1923 اشتق عالم الرياضيات البلجيكي " ثيوفيل دي دوندر" علاقة بين الألفة و طاقة غيبس الحرة لتفاعل كيميائي. ومن خلال عدة مشتقات أستطاع "دي دوندر " بيان أنه إذا اعتبرنا مخلوطا من مواد كيميائية مع احتمال قيام تفاعل فيمكن إثبات صحة انطباق العلاقة التالية عليها :

 A = -\Delta_rG \,

ثم قام "إليا بريجوجين" و "ديفاي" عام 1954 بتعريف الألفة الكيميائية بعلاقتها بالحرارة Q' الغير مستهلكة لتفاعل و تقدم تفاعل ξ ، بأنها حاصل قسمة تغيرهما الصغري :

A  = \frac{dQ'}{d \xi}. \,

هذا تعريف مفيد من وجهة تقييم عوامل مؤثرة على حالة التوازن في نظام (حيث تكون A = 0 )، وعند تغير حالة نظام إلى اللاتوازن (حيث تكون A ≠ 0).

الألفة الكيميائية وتفاضل الإنثالبي الحر في نظام كيميائي[عدل]

معادلة الإنتالبي الحر هي دالة حالة ويكون تفاضلها تفاضل كامل أي أنه يتكون من مجموع مشتقات جزئية بالنسبة إلى كل متغير مستقل :

 G = f( T, p, n_i )~

المتغيرات المستقلة في تلك المعادلة لنظام هي T درجة الحرارة و الضغط p و عدد الجسيمات n_i .

 dG = 	\left ( \frac{\partial G}{\partial T} \right )_{p,n_i}dT + \left ( \frac{\partial G}{\partial p} \right )_{T,n_i}dp + \sum_{i}\left ( \frac{\partial G}{\partial n_i} \right )_{T,p,n_j}dn_i~


تعبر المعادلة  \left ( \frac{\partial G}{\partial n_i} \right )_{T,p,n_j}= \mu_i~, عن الكمون الكيميائي للعنصر i ونحصل على :

 dG = 	\left ( \frac{\partial G}{\partial T} \right )_{p,n_i}dT + \left ( \frac{\partial G}{\partial p} \right )_{T,n_i}dp + \sum_{i}\mu_idn_i~

ومنها (قارن طاقة غيبس الحرة) :

 dG = -SdT + Vdp +  \sum_{i}\mu_idn_i~

حيث S الإنتروبيا و :

 dn_i=\nu_id\xi ~ (أنظر توازن كيميائي).


ويمكن صياغة dG على الصورة :

 dG = -SdT + Vdp +  \sum_{i}\mu_i\nu_id\xi~

وحيث تكون كل من درجة الحرارة T و الضغط p ثابتين ، ونحصل على المعادلة :

 \sum_{i}\mu_i\nu_i = \left ( \frac{\partial G}{\partial \xi} \right )_{T,p}  ~

وتعرف الألفة الكيميائية بواسطة المعادلة:

 A = - \left(\frac{\partial G}{\partial \xi}\right)_{p,T} = - \sum_{i}\mu_i\nu_i ~

وهي تدخل بالطبع في التفاضل الترموديناميكي التالي :


 dG = -SdT + Vdp - Ad\xi ~

وكذلك يمكن التعبير عنها في المعادلات الترموديناميكية الأخرى  :

 dF = -SdT - pdV - Ad\xi ~

 dH = TdS + Vdp - Ad\xi ~

 dU = TdS - pdV - Ad\xi ~

ومنها يمكن استنتاج الألفة الكيميائية :

 A = - \left(\frac{\partial H}{\partial \xi}\right)_{p,S} =  - \left(\frac{\partial U}{\partial \xi}\right)_{V,S} = - \left(\frac{\partial F}{\partial \xi}\right)_{V,T}~

ويكثر استخدام العادلة الأولى ، حيث:

الألفة الكيميائية هي أحد الخواص المكثفة وتقترن بالخاصية الشمولية "تقدم تفاعل " التي تعرف من خلال توازن كيميائي.

المراجع[عدل]

اقرأ أيضا[عدل]