Энергия Гиббса и состояние химического равновесия
Для реакции АВ(г) « А(г )+ В(г) энтропийно выгодным будет процесс распада АВ(г) на компоненты (∆S>0), а энергетически выгодным является обратный процесс, который сопровождается понижением энтальпии химической системы (∆H<0), т.е. выделением теплоты. На каждую из этих противоположных тенденций влияют и природа веществ, и условия проведения реакции. Учитывает эти противоположные тенденции предложенная американским физико-химиком Д. Гиббсом функция состояния, которая называется энергией Гиббса: G=H−TS, (3.14) ∆G=∆H−T∆S. (3.15) Произведение энтропии и температуры (T∆S) определяет величину “связанной” энергии, т.е. ту часть энергии (энтальпии) системы, которую невозможно перевести в работу. Разница между «энергосодержанием» системы (Н) и «связанной» энергией дает долю энергии, которую можно в принципе перевести в работу. Энергия Гиббса определяет работоспособность системы. При обратимом и изотермическом проведении процесса DG равно по абсолютной величине, но обратно по знаку максимально полезной работе (Аmax), которую система может произвести в данном процессе: ∆Gр=−Аmax. Энергия Гиббса служит критерием самопроизвольного протекания химической реакции при изобарно-изотермических процессах. Химическая реакция принципиально возможна, если энергия Гиббса уменьшается, т.е. ∆Gр <0. Знак ∆G указывает на направление реакции. При ∆G<0 реакция протекает в прямом направлении. При ∆G>0 возможен лишь обратный процесс. При ∆G=0 все вещества находятся в химическом равновесии и внешне незаметно никаких изменений и процессов в системе. Из уравнения ∆G=∆H−T∆S следует: 1) если ∆H<0 и ∆S>0, то всегда ∆G<0, т.е. реакция с выделением теплоты и увеличением степени беспорядка возможна при любых температурах; 2) если ∆H>0 и ∆S<0, то всегда ∆G>0, т.е. реакция с поглощением теплоты и увеличением степени порядка невозможна ни при каких условиях; 3) во всех остальных случаях (∆H<0, ∆S<0 и ∆H>0, ∆S>0) знак ∆G зависит от соотношения членов ∆H и T∆S. Значения ∆H и ∆S могут быть как положительными, так и отрицательными в разных сочетаниях в разных реакциях. Их рассматривают как энергетический (энтальпийный) и энтропийный факторы, определяющие возможность самопроизвольного протекания реакции. Реакция возможна, только если она сопровождается уменьшением энергии Гиббса. Если ∆H<0, ∆S<0; в этом случае ∆G< 0 при , т.е. реакция возможна при сравнительно низкой температуре. При низких температурах значение Т невелико, значит, величина произведения T∆S также невелика, и обычно абсолютное значение ∆H превосходит абсолютное значение T∆S. Поэтому направление большинства реакций, протекающих при низких температурах, определяется знаком ∆H. Если ∆H>0, ∆S>0, то произведение T∆S будет больше, чем ∆H и определяющим фактором будет знак ∆S. В этом случае ∆G<0 при , т.е. процесс возможен при сравнительно высокой температуре; 4) при равенстве ∆G=0 в системе устанавливается химическое равновесие, которое может смещаться в любую сторону при изменении внешних факторов (температура, давление, концентрации реагирующих веществ). Энергия Гиббса образования вещества.Величина энергии Гиббса вещества зависит как от природы этого вещества, так и от его количества: GA=(GoA+RT lnpA)nA, (3.16) где GA− энергия Гиббса образования вещества А при его парциальном давлении рА (pА¹1атм); GoA− энергия Гиббса образования одного моля вещества А при стандартных условиях (рА=1 атм и Т=298 К); nA − число молей вещества А. Стандартная энергия Гиббса образования вещества DGо298 − изменение энергии Гиббса в реакции образования 1моль вещества из простых веществ, находящихся в устойчивых состояниях при стандартных условиях(р=101,3 кПа и Т=298 К). Значения ∆Gо298 для некоторых веществ приводятся в справочной литературе, размерность − кДж/моль. Стандартные энергии Гиббса образования простых веществ, находящихся в стандартном состоянии в устойчивой модификации, равны нулю. Например, ∆Gо298,Н2(газ) = 0 кДж/моль. Энергия Гиббса химических реакций. Изменение энергии Гиббса химической реакции при стандартных условиях (р =101,3 кПа и Т=298 К) можно вычислить по уравнению ∆Gо298, реакции =∆Hо 298, реакции –T∆Sо298, реакции, (3.17) где ∆Hо298,реакции, ∆Sо298,реакции − стандартные изменения энтальпии и энтропии химической реакции, соответственно в кДж и Дж/К; Т− стандартная температура, равная 298 К. Поскольку энергия Гиббса является функцией состояния, то ее значение не зависит от пути протекания процесса, а зависит только от исходного и конечного состояний системы. Изменение энергии Гиббса при стандартных условиях (∆Gо298, реакции) можно рассчитать, используя стандартные значения энергий Гиббса образования исходных веществ и продуктов реакции с учетом стехиометрических коэффициентов: ∆Gо298,реакции = ∆Gо298, продукты реакции – ∆Gо298, исходные вещества. (3.18) Изменение энергии Гиббса ∆GТ для реакции, протекающей при температуре, отличной от стандартной (Т 298 К), может быть рассчитано с достаточной для практических целей точностью, используя стандартные значения изменений энтальпии (∆Hореакции) и энтропии (∆Sореакции) реакции и пренебрегая их зависимостью от температуры: ∆GТ = ∆Hореакции –T∆Sореакции. (3.19)
Популярное: Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2108)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |