Энергия Гиббса :: Применение в химии

Энергия Гиббса · Определение · Связь с термодинамической устойчивостью системы · Применение в химии · Историческая справка · Литература · Близкие статьи ·

Связь с химическим потенциалом

Используя свойства экстенсивности термодинамических потенциалов, математическим следствием которых является соотношение Гиббса-Дюгема, можно показать, что химический потенциал для системы с одним типом частиц есть отношение энергии Гиббса к числу частиц в системе:

$\,\!\mu ={\frac {G}{N}}.$

Если система состоит из частиц нескольких сортов $i$ с числом $N_{i}$ частиц каждого сорта, то соотношения Гиббса-Дюгема приводят к выражению

$G(p,T,N_{1}\dots )=\mu _{1}N_{1}+\mu _{2}N_{2}+\dots$

Химический потенциал используется при анализе систем с переменным числом частиц, и кроме этого при изучении фазовых переходов. Так, исходя из соотношений Гиббса-Дюгема и из условий равенства химических потенциалов $\mu _{1}=\mu _{2}$ находящихся в равновесии друг с другом фаз, можно получить уравнение Клапейрона-Клаузиуса, опрделяющее линию сосуществования двух фаз в координатах $(p,T)$ через термодинамические параметры (удельные объёмы) фаз и теплоту перехода между фазами.

Энергия Гиббса и направление протекания реакции

В химических процессах одновременно действуют два противоположных фактора — энтропийный ( $T\Delta S$ ) и энтальпийный ( $\Delta H$ ). Суммарный эффект этих противоположных факторов в процессах, протекающих при постоянном давлении и температуре, определяет изменение энергии Гиббса ( $G$ ):

$\,\!\Delta G=\Delta H-T\Delta S.$

Из этого выражения следует, что $~\Delta H=\Delta G+T\Delta S$ , то есть некоторое количество теплоты расходуется на увеличение энтропии ( $T\Delta S$ ), эта часть энергии потеряна для совершения полезной работы (рассеивается в окружающую среду в виде тепла), её зачастую называют связанной энергией. Другая часть теплоты ( $\Delta G$ ) может быть использована для совершения работы, поэтому энергию Гиббса зачастую называют также свободной энергией.

Характер изменения энергии Гиббса даёт возможность судить о принципиальной возможности осуществления процесса. При $\Delta G<0$ процесс может протекать, при $\Delta G>0$ процесс протекать не может (иными словами, если энергия Гиббса в исходном состоянии системы больше, чем в конечном, то процесс принципиально может протекать, если наоборот — то не может). Если же $\Delta G=0$ , то система находится в состоянии химического равновесия.

Обратите внимание, что речь идёт исключительно о принципиальной возможности протекания реакции. В реальных же условиях реакция может не начинаться и при соблюдении неравенства $\Delta G<0$ (по кинетическим причинам).

Существует полезное соотношение, связывающее изменение свободной энергии Гиббса $~\Delta G$ в ходе химической реакции с её константой равновесия $~K$ :

$~\Delta G=-RT\cdot \ln K.$

Вообще говоря, любая реакция может быть рассмотрена как обратимая (даже если на практике она таковой не является). Помимо этого константа равновесия определяется как

$~K={\frac {k_{1}}{k_{{-1}}}},$

где $~k_{1}$ — константа скорости прямой реакции, $~k_{{-1}}$ — константа скорости обратной реакции.

Производим полигексаметиленгуанидины:Биопаг, Биопаг-Д, Фосфопаг,Скорую помощь против плесени+7 (495) 921-43-61

Энергия Гиббса :: Применение в химии

Связь с химическим потенциалом

Энергия Гиббса и направление протекания реакции

Производим полигексаметиленгуанидины:
Биопаг, Биопаг-Д, Фосфопаг,
Скорую помощь против плесени+7 (495) 921-43-61