Направление химической реакции,энергия Гиббса

В механических системах устойчивое равновесие соотв-ет минимуму потенциальной энергии системы. Хим. процессы должны самопроизвольно протекать в направлении уменьшения внутренней энергии системы, т. е. в направлении, отвечающем положит-му тепловому эффекту реакции. При обычных усл. самопроизвольно протекают преимущ-но экзотермические реакции. Так же, уже при обычных t-рах самопр-но протекают эндотермические процессы растворения мн. солей и некоторые эндотерм. хим. р-ции. С повыш. t-ры все большее число реакций начинает самопр-но протекать в направ. эндотерм. процесса. Принцип стремления к минимуму внутренней энергии требует, чтобы все экзотерм. р-ции доходили до конца, т. е. исключает возможность обратимых реакций; однако такие реакции сущ-ют. Среди мех-ких систем имеются такие, поведение которых тоже нельзя описать только направленностью процессов к достижению минимума потенциальной энергии. Из громадного числа частиц состоят и хим. системы. Тенденция к достижению минимума внутр. энергии не явл. единств. фактором, определяющим их поведение. Для представления о 2-м факторе, влияющем на на-правление р-ций, рассм. процесс, не сопровождающийся тепловым эффектом. Н-р, расширение разряж-го газа. С ростом числа молекул вер-сть беспоряд-го, равно-мерного распред-ния газа в сосуде очень быстро возрас-тает, а самопроиз-ное сжатие газа становится все менее вероятным процессом. Макроскоп. кол-ва газа содержат огромное число молекул, соотв-но в реальном опыте самопр-ное сжатие газа предст. собой процесс практически невозможный, и что самопр-но будет протекать обратный процесс расширения газа, приводящий к равномерному, беспорядоч. распред-ю его молекул по всему объему сосуда.

Направление самопроизвольного протекания химиче-ских реакций и определяется совокупным действием двух факторов: тенденцией к переходу системы в состояние с наименьшей внутренней энергией и тенденцией к достижению наиболее вероятного состояния.
При хим. реакциях в силу принципа направл-ти процес-сов к минимуму внутренней энергии атомы соединяются в такие молекулы, при образовании которых выделяется наиб. кол-во энергии. В силу же принципа направленно-сти процессов к наиболее вероятному состоянию проте-кают такие реакции, в ходе которых возрастает число частиц (н-р, р-ции разложения молекул на атомы) или чисто возможных состояний атомов. Тенденция к переходу в состояние с наименьшей внут-ренней энергией проявляется при всех температурах в одинаковой степени. Тенденция же к достижению наиболее вероятного состояния проявляется тем сильнее, чем выше температура. Поэтому при низких температурах в большинстве случаев практически сказывается только влияние первой из этих тенденций, в результате чего самопроизвольно протекают экзотермические процессы. По мере возрастания температуры равновесие в химических системах все больше и больше сдвигается в сторону реакций разложения или увеличения числа состояний атомов. При этом каждой температуре отвечает состояние равновесия, характеризующееся определенным соотношением концентраций реагирующих веществ и продуктов реакции.

Свободная энергия Гиббса (или просто энергия Гиббса, или потенциал Гиббса, или термодинамический потенциал в узком смысле) — это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции и дающая таким образом ответ на вопрос о принципиальной возможности протекания химической реакции; это термодинамический потенциал следующего вида:

Энергию Гиббса можно понимать как полную химическую энергию системы (кристалла, жидкости и т. д.)

Понятие энергии Гиббса широко используется в термодинамике и химии.

Самопроизвольное протекание изобарно-изотермического процесса определяется двумя факторами: энтальпийным, связанным с уменьшением энтальпии системы (ΔH), и энтропийным T ΔS, обусловленным увеличением беспорядка в системе вследствие роста ее энтропии. Разность этих термодинамических факторов является функцией состояния системы, называемой изобарно-изотермическим потенциалом или свободной энергией Гиббса (G, кДж)

Классическим определением энергии Гиббса является выражение

где — внутренняя энергия, — давление, — объём, — абсолютная температура, — энтропия.

Дифференциал энергии Гиббса для системы с постоянным числом частиц, выраженный в собственных переменных — черездавление p и температуру T:

Дата добавления: 2015-04-24