-Енергія Гіббса
З розглянутого видно, що на перебіг хімічного процесу можуть впливати два фактори: ентальпійний і ентропійний. Самовільному перебігу процесу сприяє зменшення ентальпії системи, тобто від’ємне значення Н. Для хімічних перетворень це, як правило, означає утворення більш складних частинок з менш складних. Крім того, самовільний перебіг процесу характеризується збільшенням ентропії, або додатним значенням S. Додатна величина S свідчить про тенденцію частинок до подрібнення. Як видно, ентальпійний і ентропійний фактори мають протилежний характер. Взагалі можливості перебігу хімічного процесу визначаються енергією Гіббса
G = Н – ТS
Зміна енергії Гіббса системи G відповідає зміні її працездатності. Коли система виконує якусь корисну роботу Ак при сталому тиску Р і температурі Т, то ця робота чисельно дорівнює зменшенню функції G:
Ак = –G.
Абсолютне значення енергії Гіббса G визначити неможливо. Важливо знати не абсолютне значення, а зміну енергії Гіббса G при тих чи інших хімічних перетвореннях. Для визначення G, як і у випадку визначення зміни ентальпії, роботу, яку виконують деякі системи, умовно приймають за нуль. Так, за нуль приймають роботу утворення молекул простих речовин Н2, О2, N2, Сl2, Вr2 тощо. Корисну роботу утворення інших речовин розраховують відносно таких умов: концентрації всіх компонентів реакції (в умовах нерівноважної системи) беруть такими, що дорівнюють одиниці (1 моль/дм3), температуру Т = 298 К і тиск Р = 101,3 кПа. Таке значення енергії Гіббса називається стандартною енергією Гіббса G0298.
Як і Н системи, G не залежить від способу проведення процесу, а залежить тільки від початкових і кінцевих продуктів реакції. Тому зміна енергії Гіббса для хімічної реакції
аА + bВ = сС + dD
дорівнює різниці між сумою енергій Гіббса утворення G0утв продуктів реакцій і сумою енергій Гіббса утворення вихідних речовин:
G0реакції = (G0утв)прод – (G0утв)вих =
= dG0утв(D) + сG0утв(С) – аG0утв(А) + bG0утв(В).
Отже, знаючи G0утв утворення речовин, можна розрахувати G0 для будь-якої реакції.
Характер зміни енергії Гіббса дає змогу зробити висновки про принципову можливість або неможливість реакції.
Умовою принципової можливості перебігу реакції є від’ємне значення G0, тобто G0 < 0.
Це означає, що реакція можлива і відбувається самовільно тоді, коли під час реакції енергія Гіббса зменшується. Якщо величина G0 процесу додатна, тобто G0 >0, то перебіг реакції неможливий.
Слід пам’ятати, що висновки про можливість перебігу хімічних реакцій зроблені на основі величин G0, обчислених за стандартних умов. Зміна температури, концентрації та інших параметрів спричинює зміну G і тим самим зумовлює зміну висновків про можливість перебігу реакції. Великі додатні значення G0 вказуйть на неможливість перебігу реакції за будь-яких умов. Якщо додатні значення G0 малі (до 40 кДж/моль), то за рахунок зміни концентрації реакцію можна здійснити, тобто при G0 < 40 кДж/моль процес ще можливий.
При G0 = 0 система перебуває в стані хімічної рівноваги, який характеризується співвідношенням
G0 = Н0 – ТS0 = 0,
звідки
Трівн ≈ Н0/S0.
Знак " ≈ " поставлено тому, що Н і S залежать від температури, і не завжди Н0 і S0 при Т = Трівн відповідають значенням Нрівн і Sрівн . Але в більшості випадків температуру термодинамічної рівноваги можна приблизно визначити таким чином. При переході через значення Трівн змінюється знак G, тобто можливий самовільний перебіг реакції стає неможливим (і навпаки), зате набуває можливості самовільного перебігу зворотна реакція.
Модуль 2. Закономірності перебігу хімічних процесів 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 Наверх ↑ |