САМОПРОИЗВОЛЬНО РЕАКЦИЯ МОЖЕТ ПРОТЕКАТЬ ТОЛЬКО В НАПРАВЛЕНИИ УМЕНЬШЕНИЯ ЭНЕРГИИ ГИББСА.

Анализ уравнения свободной энергии Гиббса показывает, что знак ΔG_р-и зависит от знаков и относительных величин изменения энтальпии и энтропии, а также от температуры.

При низких температурах определяющей будет величина (знак) ΔН, и самопроизвольно идут главным образом экзотермические реакции.

При высоких температурах решающую роль играет энтропийный член уравнения, возрастающий в реакциях разложения. Поэтому при достаточно больших температурах не могут существовать сложные системы.

Как правило, итогом процесса является результат взаимодействия двух рассмотренных факторов. Например, распределение атмосферного газа происходит под действием энтальпийного фактора ΔН < 0 (стремление распределиться по поверхности Земли) и энтропийного фактора ΔS > 0 (стремление рассеяться в космическом пространстве).

Развитие растений и животных происходит самопроизвольно, сопровождается образованием более сложных структур и, следовательно, приводит к уменьшению энтропии, ΔS<0. Это возможно только потому, что неограниченно используется энергия Солнца, и энтальпийный фактор преодолевает противодействующий развитию энтропийный фактор.

Вычислить свободную энергию реакции (изменение свободной энергии реакции) можно не только по уравнению Гиббса, но и по свободным энергиям Гиббса образования веществ (табличные данные).

Стандартным изменением энергии Гиббса образования вещества называется изменение энергии Гиббса образования 1 моль вещества в стандартном состоянии из соответствующих простых веществ, также взятых в стандартных состояниях. При этом стандартные энергии Гиббса образования простых веществ в наиболее устойчивых их формах принимаются равными нулю: ΔG^o_обр.(Н₂) = 0; ΔG^o_обр.(О₂) = 0.

Энергия Гиббса – функция состояния, поэтому она рассчитывается по закону Гесса:

стандартное изменение энергии Гиббса реакции равно сумме стандартных изменений энергий Гиббса образования продуктов реакции минус сумма стандартных изменений энергий Гиббса образования исходных веществ с учётом стехиометрических коэффициентов.

Для реакции aA + bB xX + yY

ΔG^o_р-и = ∑ΔG^o_обр.(xX; yY) - ∑ΔG^o_обр.(aA; bB).

Процессы, в которых энергия Гиббса убывает ΔG^o_р-и < 0, называются экзэргоническими, а при которых энергия Гиббса возрастает ∆G^o_р-и > 0, называются эндэргоническими, самопроизвольно они не протекают.

Эндэргонические процессы реализуются в природе в том случае, если они сопряжены с какими-то экзэргоническими реакциями:

В организме:

глюкоза + фруктоза сахароза + вода; ΔG^o_р-и = +21 кДж. Это эндэргоническая реакция, т.к. ΔG^o_р-и > 0. Она сопряжена с экзэргонической реакцией:

АТФ + Н₂О АДФ + Н₃РО₄; ΔG^o_р-и = - 50 кДж.

Вывод: I Начало термодинамики позволяет количественно оценить энергетические характеристики природных и технологических процессов, что важно, например, для стоматологического материаловедения, но не во всех случаях он позволяет прогнозировать возможность протекания процесса и его направление. На эти вопросы отвечает ІІ Закон (начало) термодинамики - возможно, это одно из наиболее общих положений науки в целом.

Критерий направленности процессов, протекающих самопроизвольно в сторону достижения минимума энергии Гиббса, является частным случаем фундаментального

ІІ начала термодинамики, определяющего направленность протекающих процессов и их пределы.