Свободная энергия системы. Условия протекания и равновесия процессов. Пример 2. 4. 2

Свободная энергия системы

Физический смысл свободной энергии заключается в том, что она представляет собой ту часть внутренней энергии или энтальпии, которая может превратиться в полезную работу.

Другая часть энергии системы, неспособная превратиться в работу, называется связанной энергией и выражается произведением TS. Все термодинамические функции связаны между собой уравнениями Гиббса - Гельмгольца:

       DG = DH - TDS,                                                                                (2.8)

Самопроизвольно идущие процессы сопровождаются уменьшением свободной энергии системы:

       DG < 0;                                                                                            (2.9)

Процесс протекает до тех пор, пока не будет достигнуто минимальное значение свободной энергии, отвечающее состоянию равновесия (принцип минимума энергии).

Условия протекания и равновесия процессов

Вид процесса	Условия протекания	Условия равновесия
Изохорно-изотермический	DF < 0	DF = 0; Fmin
Изобарно-изотермический	DG < 0	DG = 0; Gmin
Изолированная система	DS > 0	DS = 0; Smax

 

       Стандартные значения величин DG⁰₂₉₈ и DF⁰₂₉₈ для веществ приведены в приложении.

 

Пример 2.4.2

       Можно ли выпарить раствор щелочи в стеклянной посуде?

 

       Решение.

       Между основными компонентом стекла SiO₂ и щелочью, например, NaOH протекает взаимодействие:

       SiO₂(тв.) + 2 NaOH (ж.) ® Na₂SiO₃ (тв.) + H₂O (ж.)  

       Рассчитаем изменение DG⁰_х.р. на основе табличных значений DG⁰₂₉₈ исходных веществ и конечных продуктов реакции, если

       DG⁰₂₉₈(SiO₂) = - 803.75 кДж/моль; DG⁰₂₉₈ (Na₂SiO₃) = - 1427.8 кДж/моль;

       DG⁰₂₉₈ (NaOH) = -419.5 кДж/моль; DG⁰₂₉₈ (Н₂О) = - 237.5 кДж/моль

DG⁰_{298 х.р.} = (DG⁰₂₉₈ (Na₂SiO₃) + DG⁰₂₉₈ (Н₂О)) - (DG⁰₂₉₈(SiO₂) + 2DG⁰₂₉₈ (NaOH)) =

= - 22.55 кДж.

Из расчета видно, что DG⁰_х.р. < 0, следовательно, данная реакция возможна: щелочь выпаривать в стеклянной посуде нельзя.