Напишем:


✔ Реферат от 200 руб.
✔ Контрольную от 200 руб.
✔ Курсовую от 500 руб.
✔ Решим задачу от 20 руб.
✔ Дипломную работу от 3000 руб.
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

 

 

 

Энергия Гиббса и ее изменение при химических процессах

Рассмотрим  экзотермическую реакцию:

СО + 2Н2=> СН3ОН - 93,5 кДж

Действие энтальпийного фактора обусловливает ее протекание в прямом направлении.

∆H <0 (процесс экзотермический)

 Однако наибольшее значение энтропии достигается при полном разложении метанола на водород и оксид углерода, так как при этом число молекул газов возрастает втрое.

Вычислим изменение энтропии системы  при прямой  реакции.

Изменение энтропии в ходе химической реакции ( ΔS) равно сумме энтропий продуктов за вычетом суммы энтропии исходных веществ.

 

Таблица 3. Стандартные энтропии веществ-участников реакции

Вещество

Стандартная энтропия,

S0 Дж/моль·K

CO (газ)

197,5

H2(газ)

130,5

CH3OH (газ)

240,1

 

 ΔS° = 240,1 Дж/моль·K· 1 моль —(197,5 Дж/моль·K· 1 моль + 130,5 Дж/моль·K· 2 моль) = -218,4 Дж/К.

Отсюда, при синтезе метанола энтропия уменьшается.

Таким образом энтальпийный и энропийный факторы действуют в противоположных направлениях.

Для того чтобы учесть действие обоих факторов в термодинамике используется функция состояния системы - энергия Гиббса (G). Она применяется для изобарно-изотермических условий и связана с энтальпией и энтропией простым соотношением:

G = H - TS.

Изменение энергии Гиббса в ходе химической реакции:

 ∆G = ∆H - T∆S

Характер этого изменения позволяет судить о принципиальной возможности или невозможности осуществления процесса.

При постоянных давлении и температуре самопроизвольно протекают только такие химические реакции, которые сопровождаются уменьшением энергии Гиббса.

Иными словами, ∆G < 0 (т.е. энергия Гиббса системы в исходном состоянии больше, чем в конечном) свидетельствует о возможности самопроизвольного осуществления реакции. Если же ∆G > 0, то процесс не может идти в данных условиях.

Используя известные значения стандартных энтальпий образования и стандартных энтропии веществ, можно прогнозировать возможность протекания химической реакции при той или иной температуре.

Под стандартной энергией Гиббса образования понимают изменение энергии Гиббса при реакции образования 1 моль данного соединения из простых веществ. Подобно энтальпии и энтропии:

стандартное изменение энергии Гиббса в ходе химической реакции равно сумме стандартных энергий Гиббса образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энергий Гиббса образования исходных веществ.                    

Пользуясь табличными данными можно  рассчитать изменение энергии Гиббса в стандартных условиях.

Рассмотрим обратимую реакцию:

N2 (г) +ЗН2 (г) ↔ 2NH3(г) .

Для стандартных условий ∆H° = - 92,4кДж   ∆S°= -0,1978 кДж/К

Изменение энергии Гиббса:

G0 = ∆H0 - T∆S0 = -92,4 - (0,198 ∙ 298) = 92,4 + 59,0 = -33,4 кДж.

Итак, при стандартных условиях реакция протекает в прямом направлении, хотя она сопровождается уменьшением энтропии (превалирует энтальпийный фактор). Обратная реакция — разложение аммиака на водород и азот — в этих условиях термодинамически (принципиально) невозможна.

Однако по мере повышения температуры все более существенным становится влияние энтропийного фактора.

G500 = 6,6 кДж,

G800 = 66,0 кДж.

В случае обратной реакции ∆G имеют, естественно, противоположные знаки. Уже при 500К становится принципиально возможным разложение аммиака. При 800К  эта возможность возрастает.

Когда действия энтальпийного и энтропийного факторов уравновешивают друг друга, т.е. ∆G=0, наступает состояние химического равновесия. В этом случае скорость прямой реакции равна скорости обратной.

Константа химического равновесия связана с изменением энергии Гиббса уравнением:   ΔGреак.  = -RT In К

 Изменение энергии Гиббса определяет лишь  возможность протекания химических реакций. В конкретных условиях скорость протекания реакции может быть бесконечно мала. Это обусловлено барьером энергии активации, при нагревании или освещении солнечным светом реакция немедленно произойдет.

 

Предыдущие материалы: Следующие материалы: