Энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал)

В изобарно-изотермических условиях самопроизвольно протекают те процессы, в которых уменьшается энтальпия системы; при достижении равновесия энтальпия минимальна. Но практическое значение энтальпии как критерия направления процесса и равновесия невелико, так как энтропию непосредственно измерить нельзя и трудно осуществить её постоянство.

В закрытых и открытых системах в ходе процесса изменяется энтальпия и энтропия, поэтому здесь используются другую характерно изменяющуюся функцию, в которой включены энтальпийная и энтропийная части движущей силы процесса.

Разность этих термодинамических факторов является функцией состояния системы, называемой изобарно-изотермическим потенциалом или свободной энергией Гиббса (G, кДж): ΔG = ΔH – TΔS

и отражает общую движущую силу процесса, которая складывается из стремления системы к уменьшению энтальпии и возрастанию энтропии. Изменение энергии Гиббса(∆G) - мера химического сродства веществ, взятых в данных соотношениях, при данных условиях.

Стандартные значения ∆G^о₂₉₈различных соединений, также как и ∆U^о₂₉₈, и ∆H^о₂₉₈и S^о_{29 8} , даны в приложении. ∆G^о₂₉₈, простых веществ, также, как и ∆U^о₂₉₈, и ∆H^о₂₉₈, равны нулю.

Рассчитав ∆Gпроцесса, можно сделать вывод о возможности протекания процесса в прямом направлении. Самопроизвольное течение процессов возможно при условии убыли в них энергии Гиббса, то есть ∆ G <0.Если процесс эндотермический, то, согласно формуле ∆ G = ∆Н - Т∆S, он может быть осуществлен при ∆ Н > 0и ∆S» 0, так чтобы

∆ S > ∆Н, тогда ∆ G < 0. Для низкотемпературных экзотермических реакций ∆Gзависит преимущественно от их тепловых эффектов ∆Н. При переходе к высокотемпературным реакциям повышается роль энтропийного фактора.

Руководствуясь стандартными значениями ∆ G^о₂₉₈, можно решить вопрос о возможно-

сти осуществления реакции в прямом направлении. Если ∆G < 0 - возможен самопроизвольный процесс в прямом направлении, если ∆G > 0 - самопроизвольный процесс невозможен, то есть реакция термодинамически запрещена (если ∆G не более 80 кДж, реакция может быть осуществлена при других, но не стандартных условиях). Реакция получения алмаза из графита неосуществима в стандартных условиях. Однако, термодинамические расчеты показали возможность её протекания при высоких температурах и давлении. А вот реакция N₂ + 2H₂O → NH₄NO₂ – термодинамически запрещена. В табл. 14 представлены типы реакций, различающиеся возможностью и условиями протекания в зависимости от характера изменения ∆Н и ∆S.