Популярные услуги

Главная » Лекции » Химия » Общая химия » Энергия Гиббса, энергия Гельмгольца и направленность химических реакций

Энергия Гиббса, энергия Гельмгольца и направленность химических реакций

2021-03-09СтудИзба

2.3. Энергия Гиббса, энергия Гельмгольца и направленность химических реакций

Энергия Гиббса химических реакций. Как и ранее рассмот­ренные термодинамические функции, энергия Гиббса является функцией состояния. При переходе системы из одного состояния в другое изменение ее величины не зависит от пути проте­кания процесса, а лишь от природы исходных и конечных ве­ществ и их состояний. Поэтому энергию Гиббса химической ре­акции DrG° можно рассчитать через стандартные энергии Гиббса образования веществ, используя следствие из закона Гесса. Энергия Гиббса реакции равна сумме энергий Гиббса образова­ния продуктов за вычетом энергий Гиббса образования исход­ных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

В результате протекания химической реакции (2.13) энергия Гиббса рассчитывается по формуле

DrG° = lDfL  + mDfM - dDfD  - bDfB    (2.16)

Например, энергия Гиббса получения водорода методом взаимодействия метана и водяного пара

СН4 + 2Н2О (г) = СО2 + 4Н2 рассчитывается по уравнению:

DrG° =DfG°CO2  -DfCH4  -DfH2O(a)

Полученное значение DrG° является критерием самопроиз­вольного протекания реакции (DrG° < 0). Если исходные вещест­ва и продукты реакции находятся в стандартных состояниях, то энергия Гиббса называется стандартной энергией Гиббса хими­ческой реакции Dr и является критерием самопроизвольного протекания реакции при стандартных условиях.

Энтальпийный и энтропийный факторы, характеризующие две противоположные тенденции процессов, - стремление к объединению, порядку и стремление к разъединению, беспоряд­ку, взятые по отдельности, - не могут быть критериями само­произвольного течения химических реакций. Для изобарно-изо-термических процессов разность между этими значения и дает ту энергию, которая идет на совершение полезной работы при переходе системы из одного состояния в другое, называемую энергией Гиббса процесса (DrG°) и равную

Рекомендуемые материалы

DrG° =DrH°  -TDrS°                                                                               (2.17)

Энергия Гиббса служит критерием самопроизвольного про­текания химической реакции в изобарно-изотермических про­цессах:

- если энергия Гиббса уменьшается, т. е DrG° < 0, то реакция принципиально возможна;

- если энергия Гиббса систем возрастает, т. е. DrG° > 0, то реакция не может протекать самопроизвольно;

- если DrG° = 0, то реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлениях, т. е. обратима, в системе уста­навливается равновесие.

Направление химических реакций зависит oi их характера. Для экзотермических реакций (DrH° < 0) условие (2.17) соблюда­ется при любой температуре, если в ходе нее возрастает количе­ство газообразных веществ и энтропия возрастает (DrS0 > 0). В данных реакциях обе движущие силы (DrH°) и (TDrS0) направле­ны в сторону протекания прямого процесса и DrG° < 0 при лю­бых температурах. Такие реакции могут самопроизвольно идти только в прямом направлении, т. е. являются необратимыми.

Пример 5- Определите, возможно ли самопроизвольное протека­ние реакции СаО (т) + СО2 (г) = CaCO3 (т) при стандартных условиях.

Решение. Воспользуемся уравнением (2.14):

DrH°=DfCaCO3-DfCaO-DfCO2 =-178,8кДж.

Воспользуемся уравнением (2.15):

DrS0 = S0CaCO3 - S0CaO - S°C02 = -160,6 Дж/К.

Воспользуемся уравнением (2.17):

Dr298 = Dr298 - 298DrS0298 = -130,24 кДж.

Ответ: для стандартного состояния (р = 100 кПа и Т = 298 К) данная реакция возможна. При высоких температурах, когда |DrH°|<| TDrS0|, энергия Гиббса реакции станет положительной и реакция становится невозможной в прямом направлении.

Температура, при которой DrG° = 0, является температурой установления равновесия в системе или температурой начала реакции. Она позволяет судить о начале развития реакции в нужном направлении:

                                                                                (2.18)

Термодинамические функции состояния зависят от темпера­туры, следовательно, направление протекания химической реак­ции также зависит от температуры. Влияние температуры на на­правление химических реакций приведено в табл. 2.1.

Энергия Гиббса зависит от характера реакции (значений DrH° и DrS0), а для многих реакций и от температуры. Зная вели­чины DrS0 и DrH°, можно рассчитать DrG° и соответственно предсказать возможность или невозможность самопроизвольного про­текания реакции, а также влияние температуры на направление процесса, и определить температуру начала реакции.

Таблица 2.1

DrH0

DrS0

DrG0

Направление реакции

Примеры реакций

DrH0<0

DrS0>0

DrG0<0

Прямая реакция может быть самопроизвольной при любых температурах

С(графит)+1/2О2=СО

DrH0>0

DrS0<0

DrG0>0

Прямая реакция не может быть самопроизвольной при любых температурах

СО=С(графит)+1/2О2

DrH0<0

DrS0<0

DrG0<0

при T<Tp DrG0>0

при T>Tp

Самопроизвольно может протекать прямая реакция при низких температурах и обратная реакция – при высоких температурах

СаО+СО2=СаСО3

DrH0>0

DrS0>0

DrG0>0

при T<Tp

DrG0<0

при T>Tp

Самопроизвольно может протекать прямая реакция при высоких температурах и обратная реакция – низких при температурах

"Инфекция и этиология инфекционной болезни" - тут тоже много полезного для Вас.

СН4+2Н2О(г)=СО2+4Н2

Энергия Гельмгольца химических реакций. Максимальная работа Wvmax, которую может совершить система при равновес­ном проведении процесса в изохорно-изотермических условиях, равна изменению энергии Гельмгольца системы (энергии Гельм­гольца реакции) DF:

Wvmax=-DFT.                                                                       (2.19)

Энергия Гельмгольца реакции DF равна:

DF = DU+TDrS0.                                                               (2.20)

Энергия Гельмгольца характеризует направление и предел самопроизвольного течения химической реакции в изохорно-изотермических условиях, которое возможно при соблюдении неравенства DF <0.

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее