Энергия Гиббса (G). Направленность химических процессов

В природных процессах и в химических реакциях необходимо учитывать изменения энтальпии (DH) и энтропии (DS).

Гиббсом была введена суммарная функция состояния системы при Р = = cоnst и Т = cоnst, названная изобарно-изотермическим потенциалом (G), или свободной энергией Гиббса:

DG = DH - ТDS.

Изменение DG характеризует направленность процесса. При уменьшении свободной энергии DG < 0 реакция возможна, равновесие смещено вправо.

Пример. В реакции С_(кр) + СО_2(г) = 2СО_(г) при Т = 1700 К

DG = - 15,9 кДж/моль.

Равновесие реакции смещено вправо, так как DG < 0.

Реакция возможна.

Если DG = 0, наступает химическое равновесие. При этом

DH

DG = DH - ТDS; DG = 0; DH = ТDS; Т_равн. = ^____.

DS

Т_равн. – температура начала реакции. При Т > Т_равн. начинается процесс.

Если DG > 0, равновесие процесса смещено влево. Реакция не идет.

Пример. В реакции С_(кр) + СО_2(г) = 2СО_(г) при Т = 500 К

DG = 69 кДж/моль. Происходит разложение СО, так как DG > 0.

Абсолютное значение G измерить невозможно, измеряется её изменение DG.

Изобарно-изотермический потенциал является функцией состояния системы, поэтому изменение DG зависит от начального и конечного состояний веществ системы и рассчитывается по разности сумм стандартных значений DG°_обр. конечных и начальных продуктов реакции, если не учитывается температура опыта Т.

DG_х.р. = å DG°_{обр. продуктов} - å DG°_{обр. исходных веществ}.

где DG°_обр. – стандартное значение энергии Гиббса, измеренное при Т = 298 К, р = 101,3 кПа для 1 моль вещества. DG°_обр. приводится в таблицах и измеряется в кДж/моль. DG°_обр. простых веществ равно 0.

ОБЩИЙ ВЫВОД. Состояние системы описывается термодинамическими потенциалами (функциями).

Изменение функций определяет возможность процесса.

Условия самопроизвольного протекания процессов:

DН < 0; DS > 0; DG < 0.

Связь между функциями:

DH

DG = DH - ТDS; Т_равн. = ^_____ при DG = 0.

DS

Стандартное значение потенциалов:

DН°_обр., S°_обр., DG°_обр., DН°₂₉₈, S°₂₉₈, DG°₂₉₈.

Так как H, S, G являются функциями состояния системы, их изменение DН, DS, DG зависит не от путей перехода, а от начального и конечного состояния системы и рассчитывается по формулам:

DН_х.р. = å DН°_{обр. продуктов} - å DН°_{обр. исходных веществ},

DS_х.р. = å S°_{обр. продуктов} - å S°_{обр. исходных веществ},

DG_х.р. = å DG°_{обр. продуктов} - å DG°_{обр. исходных веществ}.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: