Энергия Гиббса

Энергия Гиббса - это часть энергососдержания системы, которое можно использовать для совершения полезной работы. При изотермических условиях (Т – const) изменение энергии Гиббса определяет направленность химических процессов. Расчет DG реакции позволяет установить термодинамическую возможность протекания реакции.

Если для химической реакции DG < 0, то говорят, что такая реакция термодинамически возможна. Если DG < 0, то реакция не будет протекать ни при каких условиях. Если DG = 0, то система находится в состоянии химического равновесия.

Возможно несколько вариантов изменения сумм энтальпий образования и энтропий веществ в ходе процесса.

1. Н < 0, S > 0. Процесс однозначно энергетически выгоден и может протекать самопроизвольно.

2. Н > 0, S < 0. Процесс однозначно энергетически невыгоден и не может протекать самопроизвольно.

3. Н < 0, S < 0. Уменьшение Н благоприятно для самопроизвольного протекания реакции, тогда как уменьшение S препятствует этому. (Неясно, возможно ли самопроизвольное протекание такой реакции.)

4. Н > 0, S > 0. Увеличение Н не способствует самопроизвольному протеканию реакции, однако возрастание S повышает ее вероятность. (Неясна возможность самопроизвольного протекания такой реакции.)

Роль арбитра, определяющего возможность самопроизвольного протекания реакции при постоянном давлении, играет энергия Гиббса:

G = Н – T S, где T – абсолютная температура, К.

При G < 0 реакция может протекать самопроизвольно, а при G > 0 реакция термодинамически запрещена. Если G = 0, то реакционная система находится в состоянии равновесия (скорости прямой и обратной реакций равны).

Самопроизвольное протекание эндотермической реакции возможно лишь тогда, когда она сопровождается значительным увеличением энтропии. Примером такого процесса является взаимодействие гексагидрата дихлорида кобальта с хлористым тионилом, сопровождающееся ярко выраженным эндотермическим эффектом ( Н = +400 кДж/моль, наблюдается обледенение). Уравнение реакции

СоСl₂•6Н₂О + 6SOCl₂ = CoCl₂ + 6SO₂ + 12HCl

вскрывает причину протекания такого сильно эндотермического процесса: на 1 моль прореагировавшего кристаллогидрата образуется 18 моль (!) газообразных веществ.

Возможность или невозможность протекания реакции устанавливают с помощью уравнения Гиббса следующими способами.

1. Для температуры 25 °С на основе табличных данных рассчитывают G ⁰ по соотношению:

G ⁰ = Н ⁰– 298 S ⁰.

2. Для температуры, отличающейся от 25 °С, расчет проводят по соотношению:

G = G ⁰ + RT ln K _р.

K _р при данной температуре можно найти, преобразовав выражение для равновесия

G = 0 G ⁰ + RT ln K _р = 0

к виду:

Это соотношение позволяет получить значение константы равновесия при любой температуре.

3. Для окислительно-восстановительных реакций выражение для энергии Гиббса при стандартных условиях принимает следующий вид: G ⁰ = – nF ⁰, где n – количество передаваемых электронов, F – постоянная Фарадея ( 96 500 Кл/моль),
⁰ – ЭДС реакции. Из этого выражения следует, что реакция протекает при положительном значении ЭДС.

4. Из условия равновесия реакции ( G = 0) имеем: 0 = Н – T S. Отсюда Т = Н / S – температура, при которой реакция находится в состоянии равновесия.

Теплоты образования сложных веществ в подавляющем большинстве случаев измерены (или вычислены) в отношении образования их из молекул простых веществ. Их обычно относят к 1 молю сложного вещества.

Теплотой образования сложного вещества называется количество энергии, выделенное или поглощенное при образовании одной грамм-молекулы сложного вещества из простых веществ.

Теплотой образования сложного вещества называется количество энергии, выделяемое или поглощаемое при образовании одного моля сложного вещества из простых веществ.