Энергия гиббса реакции. Что такое энергия гиббса

Энергия Гиббса

Энергия Гиббса (или потенциал Гиббса) — это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции.

Классическим определением энергии Гиббса является выражение

Содержание

[править] Энергия Гиббса и возможность химического процесса

Характер изменения энергии Гиббса позволяет судить о принципиальной возможности или невозможности осуществления процесса. Условием принципиальной возможности процесса является неравенство

свидетельствует о невозможности самопроизвольного осуществления процесса в данных условиях.

то система находится в состоянии химического равновесия.

Так как энергия Гиббса зависит от энтропии и энтальпии следующим образом:

где Н — энтальпия, S — энтропия, Т — температура, то самопроизвольному протеканию процесса способствуют уменьшение энтальпии и увеличение энтропии системы.

Если энтальпия и энтропия изменяются одновременно, то возможность процесса определяет либо энтальпийный, либо энтропийный фактор.

[править] Влияние температуры на направление реакции

По формуле зависимости энергии Гиббса от энтропии, энтальпии и температуры очевидно, что влияние температуры определяется знаком и величиной энтропии. Для реакции, протекающей с увеличением энтропии, повышение температуры уменьшает энергию Гиббса (то есть благоприятствует протеканию процесса). Для реакции, протекающей с уменьшением энтропии, повышение температуры препятствует протеканию процесса. Это приводит к тому, что некоторые вещества при определенных температурах образуют одни соединения, а при других температурах — другие.

Процессы, протекающие с уменьшением энтальпии (ΔН 0), практически необратимы. Вне зависимости от температуры, энергия Гиббса будет здесь отрицательной.

[править] Стандартная энергия Гиббса образования

Под стандартной энергией Гиббса образования ΔG°, понимают изменение энергии Гиббса при реакции образования 1 моль вещества, находящегося в стандартном состоянии. Это определение подразумевает, что стандартная энергия Гиббса образования простого вещества, устойчивого в стандартных условиях, равна нулю.

Изменение энергии Гиббса не зависит от пути процесса, следовательно можно получать разные неизвестные значения энергий Гиббса образования из уравнений, в которых с одной стороны записаны суммы энергий продуктов реакции, а с другой — суммы энергий исходных веществ.

При пользовании значениями стандартной энергии Гиббса критерием принципиальной возможности процесса в нестандартных условиях принимается условие ΔG° 0. В то же время, если стандартная энергия Гиббса равна нулю, это не означает, что в реальных условиях (отличных от стандартных) система будет в равновесии.

Читать еще:  Почему 4 месяца. Развитие значимых навыков и ограничения. Что-то идет не так…

Энергия Гиббса химической реакции

Раздел химической термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, называется термохимией. Уравнения химических реакций, в которых указаны их тепловые эффекты, называются термохимическими уравнениями.

Тепловые эффекты химических реакций – теплота, выделенная или поглощенная термодинамической системой при протекании в ней химической реакции. Определяется при условии, что система не совершает никакой работы (кроме возможной работы расширения), а температуры реагентов и продуктов равны.

При постоянном давлении (p) и отсутствии других видов работ кроме работы против внешнего давления из первого закона термодинамики можно получить:

Таким образом тепловой эффект химической реакции равен ΔН, которая в термодинамике носит название энтальпия.

Из первого закона термодинамики следует, что тепловой эффект химической реакции (при р = const и Т = const) не зависит от пути ее протекания, а зависит лишь от природы и физического состояния исходных веществ и продуктов реакции (закон Г. И. Гесса).

Термохимические расчеты. В основе большинства термохимических расчетов лежит следствие из закона Гесса: тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот (энтальпий) образования продуктов реакции (ΔН) за вычетом суммы теплот (энтальпий) образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов (n, m)в уравнении реакции:

(1)

Энтальпия образования химических соединений (DН) – изменение энтальпии в процессе получения этого соединения из простых веществ, устойчивых при данной температуре.

Стандартной энтальпией (теплотой) образования химического соединения (ΔН°298) называется изменение энтальпии в процессе образования одного моля этого соединения, находящегося в стандартном состоянии (Т = 298 К и давление р = 1,01?10 –5 Па), из простых веществ, также находящихся в стандартных состояниях и термодинамически устойчивых фазах и модификациях. Стандартные энтальпии образования простых веществ принимают равными нулю, если их агрегатные состояния и модификации устойчивы при стандартных условиях. Стандартная энтальпия образования соединения – мера его термодинамической устойчивости, прочности.

Если DН > 0, реакцию называют эндотермической, если же теплота выделяется в окружающую среду DН 0, то процесс самопроизвольно протекать не может. В случае если ΔG = 0, т.е. ΔH = Т ΔS, то имеет место такое состояние, при котором реакция не идет ни в прямую, ни обратную сторону. Это состояние называется равновесным.

Из сказанного следует, что DG является критерием направления и предела самопроизвольного протекания изобарно-изотермического процесса. Из уравнения ΔG = ΔHТ ΔS следует, что протекание самопроизвольной химической реакции зависит от двух факторов:

Читать еще:  Открыть завод по производству шампуней. Производство автошампуня: выпускаем продукцию, которая пользуется спросом

1) ΔH – стремление системы обладать минимальным запасом внутренней энергии;

2) Т ΔS – стремление системы принимать состояние с наиболее возможным беспорядком.

Энергия Гиббса образования химических соединений. Энергия Гиббса химической реакции DG, являясь изменением термодинамической функции состояния системы G, может быть вычислена по разности

.

Стандартной энергией Гиббса образования химического соединения DG°обр называют энергию Гиббса реакции образования одного моля этого соединения, находящегося в стандартном состоянии, из соответствующих простых веществ, также находящихся в стандартных состояниях и термодинамически устойчивых при данной температуре фазах и модификациях.

Реакции, которые протекают только в одном направлении и завершаются полным превращением исходных реагирующих веществ в конечные вещества, называются необратимыми. Необратимых реакций не так много. Большинство реакций являются обратимыми. Обратимыми называются такие реакции, которые одновременно протекают в двух взаимно противоположных направлениях.

Таким образом, химическая термодинамика отвечает на вопросы:

− о возможности протекания реакции самопроизвольно в нужном направлении;

− сколько при этом выделится энергии;

− когда процесс закончится, т.е. наступит равновесие;

− если процесс самопроизвольно протекать не может, то сколько необходимо подвести энергии или какие необходимо создать условия (температура, давление, концентрация и другие факторы) для его протекания.

Химическая (равновесная) термодинамика не отвечает на вопрос о скорости процесса.

Химическое равновесие

Обратимые реакции не доходят до конца и заканчиваются установлением химического равновесия. Состояние равновесия наиболее устойчиво, и всякое отклонение от него требует затраты энергии. Например, в реакции синтеза аммиака равновесие наступает тогда, когда в единицу времени образуется столько же молекул аммиака, сколько их распадается на азот и водород. Следовательно, химическое равновесие можно определить как такое состояние системы реагирующих веществ, при котором скорости прямой и обратной реакций равны между собой.

В состоянии равновесия прямая и обратная реакции не прекращаются. Поэтому такое равновесие называется подвижным или динамическим равновесием. Концентрации всех реагирующих веществ (как исходных, так и образующихся) остаются строго постоянными. Концентрации реагирующих веществ, которые устанавливаются при химическом равновесии, называются равновесными.

На состояние химического равновесия оказывают влияние концентрация реагирующих веществ, температура, а для газообразных веществ и давление. При изменении одного из этих параметров равновесие нарушается и концентрация всех реагирующих веществ изменяется до тех пор, пока не установится новое равновесие, но уже при иных значениях равновесных концентраций. Подобный переход реакционной системы от одного состояния равновесия к другому называется смещением (или сдвигом) химического равновесия. Если при изменении условий увеличивается концентрация конечных веществ, то говорят о смещении равновесия в сторону продуктов реакции. Если же увеличивается концентрация исходных веществ, то равновесие смещается в сторону их образования.

Читать еще:  Можно ли магией вернуть мужа. Магия как вернуть мужа. Ритуалы на возвращение мужа

Состояние химического равновесия характеризуется константой равновесия.

например, для гомогенной реакции

выражение для скорости прямой реакции в соответствии с законом действия масс:

где kпр – константа скорости прямой реакции; [A] и [B] – концентрации веществ.

Аналогично, для обратной реакции:

Так как в состоянии равновесия скорости прямой и обратной реакций равны, то

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Энергия Гиббса Гиббса энергия

Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца в стандартных условиях [c.53]

Эту величину часто называют также свободной энергией или энергией Гиббса. Свободная энергия Гиббса О названа так в честь американского ученого Дж. Уилларда Гнббса (1839—1903) — одного из основателей современной химической термодинамики. [c.205]

Образование раствора из компонентов представляет собой самопроизвольный процесс, протекающий в открытой системе под влиянием двух внешних факторов (р и 7 ). Такой процесс сопровождается убылью энергии Гиббса. Изменение энергии Гиббса при образовании идеального раствора выражают уравнением [c.71]

Изменение энергии Гиббса и энергии Гельмгольца при стандартных состояниях связано с константой равновесия. Наиболее просто константа равновесия связана с изменением энергии Гиббса (А0°), когда концентрации (точнее, активности) каждого из веществ (например, в реакции А + Вч=ьС + 0) равны единице. Стандартное изменение энергии Гиббса связано с константой равновесия уравнением [c.217]

Эта функция называется изобарно -изотермическим потенциалом (в литературе встречаются также названия свободная энтальпия , энергия Гиббса , свободная энергия при постоянном давлении ), [c.101]

Изменение энергии Гиббса, таким образом, характеризует направление протекания реакций. Если AG 0 процесс самопроизвольно протекать не может. Если AG=0, то система находится в равновесии. Чем большим уменьшением энергии Г иббса сопровождается реакция, тем больше сродство реагирующих веществ друг к другу. Изменение энергии Гиббса можно, следовательно, рассматривать как меру химического сродства, которое велико при АЯ О и % 0), и силы оттал14Ивання между макромолекулами имеют исключительно энтропийную природу рост энтропии полностью перекрывает рост энергии Гиббса вследствие межмолекулярного взаимодействия. В этих системах возможно достижение температуры Флори (положительная энтальпия смешения компенсируется избыточной энтропией), ниже которой доминируют силы притяжения между макромолекулами (Лг Смотреть страницы где упоминается термин Энергия Гиббса Гиббса энергия: [c.26] [c.222] [c.8] [c.105] [c.69] [c.67] [c.188] [c.54] [c.158] [c.174] [c.109] [c.100] [c.101] Химическое разделение и измерение теория и практика аналитической химии (1978) — [ c.0 ]

Источники:

http://cyclowiki.org/wiki/%D0%AD%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F_%D0%93%D0%B8%D0%B1%D0%B1%D1%81%D0%B0
http://studopedia.ru/3_207287_energiya-gibbsa-himicheskoy-reaktsii.html
http://www.chem21.info/info/380689/

Ссылка на основную публикацию