Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Энергия Гиббса. Самопроизвольно, т.е. без затраты энергии извне, система может переходить только из менее устойчивого состояния в более устойчивое




Самопроизвольно, т.е. без затраты энергии извне, система может переходить только из менее устойчивого состояния в более устойчивое.

В химических процессах одновременно действуют два фактора:

- тенденция к переходу системы в состояние с наименьшей внутренней энергией, что уменьшает энтальпию системы (ΔH → min);

- тенденция к переходу системы к более беспорядочному состоянию, что увеличивает энтропию (ΔS → max).

Изменение энергии системы называется энтальпийным фактором, количественно он выражается через тепловой эффект реакции ΔH. Он отражает тенденцию к образованию связей и укрупнению частиц.

Возрастание энтропии в системе называется энтропийным фактором, количественно он выражается в единицах энергии (Дж) и рассчитывается как T·ΔS. Он отражает тенденцию к более беспорядочному расположению частиц, к распаду веществ на более простые частицы.

Суммарный эффект этих двух противоположных тенденций в процессах, протекающих при постоянных Т и Р, отражается изменением изобарно-изотермического потенциала или свободной энергии Гиббса ΔG и выражается уравнением:

ΔG = ΔH – T · ΔS

При постоянном давлении и температуре (изобарно-изотермический процесс) самопроизвольно протекают реакции в сторону уменьшения энергии Гиббса.

По характеру изменения энергии Гиббса можно судить о принципиальной возможности или невозможности осуществления процесса.

Если ΔG < 0, реакция может протекать самопроизвольно в прямом направлении. Чем больше уменьшение энтальпийного фактора и возрастание энтропийного фактора, тем сильнее стремление системы к протеканию реакции. При этом энергия Гиббса в исходном состоянии системы больше, чем в конечном.

Если энергия Гиббса ΔG > 0, реакция самопроизвольно в прямом направлении протекать не может.

Если ΔG=0, система находится в состоянии химического равновесия, энтальпийный и энтропийный факторы равны (ΔH = T · ΔS). Температура, при которой ΔG = 0, называется температурой начала реакции: T = ΔH /ΔS. При этой температуре и прямая и обратная реакция равновероятны. Возможность (или невозможность) самопроизвольного протекания реакции при различных соотношениях величины ΔH и ΔS представлена в таблице.

 

Знак изменения функции Возможность (невозможность) само-произвольного протекания реакции
ΔH ΔS ΔG
  —   +   —   +     +   —   —   +   —   +   ±   ±   Возможно при любых температурах   Невозможно при любых температурах   Возможно при достаточно низких температурах Возможно при достаточно высоких температурах

 

Пример №1. Исходя из значений ΔH0 и ΔS0 рассчитайте ΔG0 реакции

 

Сu2S(к) + 2 O2(г) = 2 CuO(к) + SO2(г)

Укажите возможность ее протекания в стандартных условиях в закрытой системе.

Решение: Изменение свободной энергии Гиббса в химической реакции при стандартных условиях (Т = 298 К, Р = 101325 Па) рассчитывается по уравнению ΔG0 = ΔH0 – T · ΔS0.

Тепловой эффект химической реакции ΔH0 = - 545,5 кДж (см. расчет выше). Изменение энтропии в химической реакции ΔS0 = -9,1 Дж/К (см. расчет выше).

При расчете ΔG0 нужно учитывать, что ΔH0 выражается в кДж, а ΔS0 в Дж/К, для этого ΔS0 нужно умножить на 10-3.

Изменение свободной энергии Гиббса в химической реакции

ΔG0 = ΔH0 - T·ΔS0 = - 545,5 – [298 (9,1)10-3] = -548,21 кДж.

Так как ΔG0 < 0, следовательно, в стандартных условиях самопроизвольное протекание данной химической реакции в прямом направлении возможно.

Пример №2. Исходя из значений ΔH0 и ΔS0 рассчитайте ΔG0 реакции

 

MgСО3(к) = MgО(к) + СО2(г)

Укажите возможность ее протекания при стандартных условиях в закрытой системе. При какой температуре начнется разложение карбоната кальция?

Решение: Выпишем из Приложений1 и 2 значения стандартных этальпий ΔH0f, кДж/моль и энтропий S0, Дж/(К·моль):

Соединение MgСО3(к) MgО(к) СО2(г)
ΔH0f, кДж/моль -1096,21 -601,24 -393,51
S0, Дж/(К·моль) 112,13 26,94 213,6

 

Рассчитаем изменение энтальпии и энтропии

ΔH0 = (ΔH0 f ,MgО(к) + ΔH0 f ,СО2(г)) - ΔH0 f ,MgСО3(к) = [-601,24 + (-393,5)] – (-1096,21) = 101,46 кДж;

ΔS 0 = [S 0MgО(к) + S 0СО2(г)] - S0 MgСО3(к) = [26,94 + 213,6] – 112,13 = 128,41 Дж/К.

ΔG0 = ΔH0 – T · ΔS0 = 101,46 – 298· 128,41 ·10 -3 = 63,19 кДж.

Так как ΔG0 > 0, следовательно, протекание данной реакции при стандартных условиях невозможно. Поскольку ΔH > 0 и ΔS > 0, можно сделать вывод, что реакция может самопроизвольно протекать при достаточно высокой температуре.

Рассчитаем температуру, при которой начинается разложение карбоната магния:

Т = ΔH0/ ΔS0 = 101,46/(128,41 · 10-3) = 790,12 К (517,12 0С).

При температуре 790,12 К равновероятны и прямая и обратная реакции. При температуре выше 790,12 К будет протекать прямая реакция, т.е будет происходить разложение карбоната магния.

 

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-10-23; Просмотров: 2056; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.016 сек.