Энергия гиббса

Запишем уравнение изменения энергии Гиббса ΔG для данной реакции по следствию из закона Гесса:

ΔG°298 х.р = ΔG°обр 298N02 - (ΔG°обр 29sNO + ^ΔGобр^gC^).

Подставим численные значения ΔG°_обр 298, помня, что энергия Гиббса образования простых веществ (здесь кислород Ог) равна нулю:

ΔG°29₈ = 51,8 - (126,8 + Vi ■ 0) = - 75 кДж /моль.

Вывод. Поскольку энергия Гиббса в данной реакции убывает, т. е. ΔG°298 < 0, следовательно, протекание реакции в указанных условиях возможно.

Рассмотрим влияние изменения энтальпии, энтропии и температуры на направленность реакции.

Влияние изменения энтальпии и энтропии. Известно, что изменение энергии Гиббса можно выразить уравнением

ΔG = ΔН - ТΔS.

Следовательно, самопроизвольному протеканию реакции, т. е. чтобы было значение ΔG < 0, способствует уменьшение ΔН и увеличение ΔS. Итак, ΔG < 0, если ΔН < 0 и ΔS > 0.

Процессы, протекающие с уменьшением энтальпии и увеличением эн­тропии, необратимы.

При других сочетаниях характера изменения ΔН и ΔS возможность протекания процесса определяет один из этих факторов: либо ΔН, либо ΔS.

Если ΔН > 0 и ΔS > 0, то независимо от абсолютных величин ΔН, ΔS и Т реакция может протекать только в обратном направлении.

Условия направленности реакций

Таблица 5.1

Реакция	ΔН	ΔS	ΔG	Условия протекания реакций	Вывод
Экзотер­мическая	-	+	-	Любые	Реакция идет в направлении, соответствующем уравнению →
-	-	-	При низких температурах	То же
Эндотер­мическая	+	+	-	При высоких температурах	— // —
+	-	+	Любые	Реакция идет в направлении, обратном уравнению ←

В Химия. Учеб. пособие

-59-

ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Энергия гиббса

Влияние температуры определяется знаком и величиной изменения энтропии ΔS в ходе реакции (табл. 5.1).

При значениях ΔS > 0 и ΔН > 0 реакция будет протекать в прямом на­правлении в том случае, если │ТΔS│> │ΔН│. Самопроизвольному протека­нию реакции должно способствовать повышение температуры.

Если ΔН < 0 и ΔS < 0, то будет │ΔН│ > │ТΔS│. Поэтому для протека­ния реакции в прямом направлении необходимо понижение температуры.

Например, для реакции, протекающей с увеличением энтропии, т. е. ΔS > 0, 2С_{(графит)} + О_2(г) = 2СО_(г) (реакция экзотермическая, ΔН < 0), повыше­ние температуры приводит к увеличению отрицательного значения ΔG, т. к. │ТΔS│< 0. Следовательно, при высоких температурах реакция идет в пря­мом направлении.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое экзотермическая, эндотермическая реакции?

2. Назвать единицы измерения теплосодержания системы.

3. Как называются приборы для измерения теплового эффекта?

4. Дать определения внутренней энергии и энтальпии. Что они характе­ризуют?

5. Возможно ли измерить абсолютное значение внутренней энергии, энтальпии?

6. Больше или меньше нуля изменение энтальпии в экзотермической и эндотермической реакциях?

7. Что такое функция состояния системы?

8. Являются ли внутренняя энергия и энтальпия функциями состояния системы?

9. Дать формулировку закона Гесса.

10. Сформулировать и записать следствие из закона Гесса, используемое для термохимических расчетов, например, энтальпии химической реакции.

11. Дать определение энтальпии образования вещества.

12. Что такое энтропия? Как она изменяется? Почему?

13. Как изменяется энтропия в самопроизвольных химических
процессах?

14. Что такое энергия Гиббса? Что она характеризует?

15. Как по знаку и величине изменения энергии Гиббса химической ре­акции предсказать направление реакции?