Энергия Гиббса и ее изменение в ходе химических реакций

С точки зрения термодинамики в химических процессах появляются две тенденции:

· стремление к образованию связей между частицами, к возникновению более сложных агрегатов, сопровождающееся понижением энергии системы, снижением энтальпии;

· стремление к беспорядочному расположению частиц, их разъединению, характеризуемое увеличением энтропии.

Каждая их этих противоположных тенденций, количественно выражаемая значениями Δ H и Δ S, зависит от природы веществ и условий протекания процесса (температура, давление, соотношение между реагентами и др.).

В условиях постоянных давления и температуры, функцией, сопоставляющей эти тенденции, является энергия Гиббса или изобарно-изотермический потенциал, измеряется в кДж/моль:

.

· Стандартное изменение энергии Гиббса химической реакции равно разности между суммами изменения энергии Гиббса образования продуктов и исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:

D G ⁰ простых веществ равно нулю.

Изменение энергии Гиббса характеризует возможность и направление самопроизвольного протекания процессов:

· > 0 – реакция может самопроизвольно протекать в обратном направлении;

· < 0 – реакция может самопроизвольно протекать в прямом направлении;

· = 0 – система находится в состоянии равновесия.

Если пренебречь зависимостями D Н и D S от температуры и считать их постоянными, можно рассчитать при нестандартной температуре. Исходя из этого можно рассчитать температуру, при которой устанавливается состояние равновесия:

Если в ходе расчетов значение температуры установления состояния равновесия имеет отрицательное значение (по шкале Кельвина), можно сделать вывод, что состояние равновесия в системе недостижимо, реакция во всем температурном интервале может самопроизвольно протекать либо в прямом, либо в обратном направлении.

Проанализируем зависимость . Если пренебречь зависимостями величин DH и DS от температуры, то является уравнением прямой. Возможны четыре варианта расположения прямой по отношению к осям координат в зависимости от знаков DH и DS (рис. 1).

Рис. 1. График зависимости от температуры

1. DH < 0, DS < 0. Прямые реакции термодинамически возможны (DG_Х.Р < 0) при температурах до Т ^/, при температурах свыше Т ^/ (DG_Х.Р > 0) возможны обратные реакции.

2. DH > 0, DS > 0. Прямые реакции термодинамически возможны (DG_Х.Р < 0) при температурах свыше Т ^/, при температурах до Т ^/ возможны обратные реакции.

3. DH > 0, DS < 0. Во всем диапазоне температур значение DG_Х.Р > 0, т.е. прямые реакции термодинамически невозможны при любых температурах.

4. DH < 0, DS > 0. Во всем диапазоне температур значение DG_Х.Р < 0, т.е. прямые реакции термодинамически возможны при любых температурах.

Дата добавления: 2014-10-15