В закрытой системе при постоянных Р, Т самопроизвольно протекают только те процессы, которые ведут к уменьшению энергии Гиббса

Энергия Гиббса.

При протекании химических реакций происходит изменение энтальпии и энтропии. Гиббс ввел в т/д новую функцию – энергию Гиббса: G = H –TS или D G = DH –TDS. Энергия Гиббса это часть энергососдержания системы, которое можно использовать для совершения полезной работы. Если видоизменить формулу DH = D G + TDS, то получается, что все энергосодержание системы складывается из свободной энергии – энергии Гиббса, которую система может затратить на совершение работы и связанной, которую система «сохраняет» для себя, чтобы существовать как система.

Энергия Гиббса играет исключительно важную роль в химической термодинамике, т.к. она учитывает одновременно действие двух факторов: энергетического (стремление к минимуму энергии) и энтропийного (стремление к максимальной энтропии- беспорядочному состоянию). При изотермических условиях (Т – const) изменение энергии Гиббса определяет направленность химических процессов. Расчет DG реакции позволяет установить термодинамическую возможность протекания реакции.

Если для химической реакции DG < 0, то говорят, что такая реакция термодинамически возможна. Если DG < 0, то реакция не будет протекать ни при каких условиях. Если DG = 0, то система находится в состоянии химического равновесия.

Проведем анализ уравнения D G = DH –TDS:

1. Т 0, DG DН. При низких температурах знак DG определяется знаком изменения энтальпии – величиной теплового эффекта. При 100-200⁰С(низкие) справедлив принцип Бертло-Томпсона: самопроизвольно протекают экзотермические реакции. Действительно: если DG=DН, DG < 0, следовательно DН < 0 – экзотермическая реакция. Обычно эт справедливо для реакций взаимодействия простых веществ, реакций окисления, горения твердых. Жидких и газообразных веществ.

2. Т, DН - Т DS. При высоких температурах величина и знак DG определяется величиной и знаком изменения энтропии. При высоких Т, самопроизвольно протекают реакции, ведущие к увеличению энтропии. В этих условиях обычно имеют место эндотермические реакции, сопровождающиеся увеличением числа молей газов. Например, реакции разложения сложных веществ.

Для того, чтобы оценить возможность протекания любой реакции, рассчитывают стандартное изменение энергии Гиббса в реакции по формуле:

DG⁰ (реакции) = (SnDG⁰)(продукты) - (SnDG⁰)(реагенты), где

где D G⁰ [кДж/моль] - стандартные молярные энергии Гиббса (энергия Гиббса образования 1 моля вещества из входящих в него элементов в устойчивых агрегатных состояниях и стандартных условиях). Значение DG⁰ можно также рассчитать по уравнению D G⁰ = DH⁰ –TDS⁰, используя справочные данные по DH⁰ и S⁰ для реагентов и продуктов.

Дата добавления: 2014-01-03