Энтропия. Энергия Гиббса. Направленность химических процессов.

S=H–G/T

то можно сделать вывод, что энтропия равна доли связанной энергии (H–G) отнесенной к единице температуры.

О возможной направленности химического процесса можно судить по знакам изменения функций ΔН и ΔS. Влияние знака при ΔН и ΔS на направление протекания химического процесса представлено в следующей таблице.

Табл.8.1.

Знак изменения функции			Направление самопроизвольного протекания реакции
ΔН	ΔS	ΔG
–	+	–	Реакция протекает в прямом направлении при любых температурах. Она необратима
+	–	+	В прямом направлении реакция невозможна ни при какой температуре. Она необратима. Может протекать только в обратном направлении.
–	–	±	Реакция обратима. В прямом направлении реакция возможна при низких температурах.
+	+	±	Реакция обратима. В прямом направлении реакция возможна при высоких температурах.

Если в результате расчета энергии Гиббса получится, что данная конкретная реакция при стандартной температуре (298К) не идет, необходимо выяснить ее обратимость, т.е. возможность процесса при других температурах.

При условии +ΔН и +ΔS реакция в прямом направлении возможна при высоких температурах. Для определении температуры реакции находим сначала температуру равновесия, а мы знаем, что условием равновесия ΔG=0. Тогда ΔН–ТΔS=0. Отсюда Трав.= ΔН/ΔS.

Температура, при которой возможна реакция чуть больше температуры равновесия. Треакции>Tрав.

Подобно стандартной энтальпии образования вещества ΔH0обр. в таблицах имеются значения стандартных энергий Гиббса образования веществ при стандартной температуре ΔG0обр.298. Эту величину можно рассчитать по известному уравнению:

ΔG0298=ΔН0298–298 ΔS0298.

Причем, ΔG0298 образования простых веществ, аналогично ΔН0298 образовании простых веществ, равны нулю.

Зная стандартные энергии Гиббса образования отдельных веществ можно по известному правилу (следствие из закона Гесса) рассчитывать энергии Гиббса конкретной реакции.

ΔG0х.р.=ΣΔG0обр.(кон.прод.)–ΣΔG0обр.(исх.в-в)

Значения стандартных термодинамических функций образования веществ несут определенную информацию о этих соединениях. По величине стандартной энтальпии образования вещества (ΔН0обр.), ее знаке можно судить о прочности соединения. Так как ΔН0обр. характеризует энергию, которая выделяется (поглощается) в результате образования вещества из элементов, то, соответственно, для разрушения вещества на составные части (атомы) требуется такое же количество энергии, но взятой с противоположным знаком (следствие из закона Гесса). Большинство нейтральных (молекулярных) соединений имеют знак минус у энтальпий образования. Это значит, что они являются экзотермическими, обладающие меньшим запасом энергии, чем элементарные вещества, из которых они получены. И чем более отрицательная величина, тем более требуется энергии для разрушения молекулы на элементарные атомы. Эндотермическими являются некоторые группы соединений (гидриды, оксиды, нитриды, карбиды, металлы в газообразном состоянии, газообразные атомы неметаллов и небольшое число ионов в растворах). Для них ΔН0обр. имеет положительное значение. Это значит, что такие соединения, атомы, ионы получены с затратой энергии. Следовательно, такие состояния вещества является неустойчивым. Стандартная энтропия образования вещества S0обр.– всегда положительная величина, и чем больше ее численное значение, тем менее упорядочено вещество. По величине стандартной энтропии образования мы можем судить о агрегатном состоянии того или иного соединения, о наиболее устойчивой модификации одного и того же вещества, о разветвлении структуры молекулы и ряда других структурных особенностях химических соединений.

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru