В каком направлении самопроизвольно протекают химические реакции? Что является движущими силами химического процесса?

2. Что является критерием самопроизвольного протекания реакции? Какие известны Вам две движущие силы процессов, протекающих в природе?

3. Сформулируйте понятие энергии Гиббса (изобарно-изотермического потенциала). Что называют энергией Гиббса? Каким образом изменение этой величины (D G) указывает на термодинамическую возможность или невозможность самопроизвольного протекания процесса? Какое значение DG определяет равновесное состояние системы?

Функцией состояния, одновременно отражающей влияние изменение энтальпии (ΔН) и энтропии (S) на направление протекания химической реакции, называется энергией Гиббса (G) или изобарно-изотермическим потенциалом.
Зная значение изменение энергии Гиббса ΔG (части изменения энтальпии, которая расходуется для выполнения полезной работы) можно судить о возможности протекания самопроизвольной химической реакции: 1. ΔG>0, то данный процесс термодинамически запрещен; 2. ΔG<0, то реакция термодинамически разрешена, самопроизвольный процесс; 3. ΔG=0,то система находится в состоянии равновесия.

4. Какую тенденцию системы (химической реакции) отражает энтальпийный фактор, а какую – энтропийный (т.е. каков их физический смысл)? Какая функция состояния системы дает количественную характеристику одновременного влияния того и другого факторов? Каким уравнением это выражается?

Энтальпийный фактор отражает тенденцию к переходу системы в состояние с наименьшей внутренней энергией (в случае изобарных процессов с наименьшей внутренней энтальпией).

Энтропийный фактор отражает тенденцию к достижению наиболее вероятного состояния, т.е. состояние, которое может быть реализовано наибольшим числом равновероятных макросостояний.
Энергия Гиббса (G) дает количественную характеристику одновременного влияния того и другого факторов (энтальпийного и энтрапийного).
G=H-TS или ΔG=ΔH-TΔS

5. Всегда ли протекают реакции, для которых изменение энергии Гиббса отрицательно? При каких значениях D H и D S в системе возможны только экзотермические процессы? Почему в формуле для вычисления DG⁰ перед энтропийным членом стоит знак минус? С какой целью в энтропийном члене изменение энтропии помножено на температуру?

6. Возможно ли самопроизвольное протекание прямой реакции, если: 1) при положительном значенииDS а) DH > 0, б) DH < 0; 2) при отрицательном значении DS а) DH > 0, б) DH < 0? Каково при этом влияние температуры? Проанализируйте предложенные варианты.

7. Как вычислить изменение энергии Гиббса реакции по термодинамическим характеристикам исходных веществ и продуктов реакции? Что такое cтандартная энергия Гиббса образования веществ? В каких единицах она измеряется? Чему равна энергия Гиббса образования простых веществ?

"Движущая сила" реакции определяется разностью между термодинамическими величинами и обозначается ΔG.

ΔGp,T = ΔH – TΔS

и называется изменением энергии Гиббса (изобарно-изотермический потенциал).

Энергия Гиббса - это часть энергетического эффекта реакции, которую можно превратить в работу, поэтому ее называют свободной энергией. Это тоже термодинамическая функция состояния и, следовательно, для реакции

bB + dD =lL + mM,

энергию Гиббса химической реакции можно рассчитать как сумму энергий Гиббса образования продуктов реакции за вычетом энергий Гиббса образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов по формуле:

ΔG = lΔfGL + mΔfGM – dΔfGD – bΔfGB.

где ΔfG –энергия Гиббса образования веществ.

Под стандартной энергией Гиббса образования ΔG°, понимают изменение энергии Гиббса при реакции образования 1 моль вещества, находящегося в стандартном состоянии. Измеряется в кДж/моль. Энергия Гиббса образования простых веществ равна нулю.

8. Что такое температура термодинамического равновесия? Как ее можно рассчитать?

На семинарах формулу ниже называли температурой начала реакции, но во всех остальных источниках она называется температурой равновесия.

Тр = ΔН/ΔS,

где Тр – температура, при которой устанавливается равновесие, т.е. возможность протекания прямой и обратной реакций.

БСЭ определяет термодинамическую температуру, как “ физическую величину, характеризующую состояние термодинамического равновесия макроскопической системы “. Словарь естественных наук уточняет: температура − это ” физическая величина, характеризующая среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия ”. Наконец, в справочнике по физике температура равновесной системы определяется как ” мера интенсивности теплового движения ее молекул (атомов, ионов)”.