Энергия Гиббса Физический смысл энергии Гиббса

Для выяснения физического смысла энергии Гиббса запишем объединенное уравнение первого и второго начал термодинамики:

. (1.74)

Решим это уравнение относительно полезной работы :

. (1.75)

В обратимом процессе полезная работа имеет наибольшее значение и называется максимально полезной работой . В случае обратимого процесса при р,Т=const:

, (1.76)

Где функция состояния называется энергией Гиббса (изобарно-изотермический потенциал).

Из уравнения (1.58) вытекает физический смысл энергии Гиббса:

. (1.77)

При постоянных давлении и температуре максимально полезная работа для обратимого процесса совершается за счет уменьшения энергии Гиббса.

То есть любая термодинамическая система всегда стремится к уменьшению термодинамического потенциала до минимального в данных условиях значения. Это стремление, называемое химическим сродством (стремление вступить в химическое взаимодействие), является движущей силой процесса. За количественную меру химического сродства принята величина максимально полезной работы, равная убыли соответствующего термодинамического потенциала. В изобарно-изотермических условиях мерой химического сродства является убыль энергии Гиббса.

Энергия Гиббса как критерий направления процесса

Термодинамически необратимый самопроизвольный процесс в неизолированной системе всегда идет с уменьшением термодинамического потенциала. Поэтому величину изменения термодинамического потенциала можно использовать в качестве критерия принципиальной возможности процесса, его направленности, а также в качестве критерия равновесия в системе.

Изменение энергии Гиббса является критерием направления процесса в открытых системах при р,Т=const. В отсутствие полезной работы :

Рис.1.5. Изменение энергии Гиббса при протекании процесса

Если , то в системе протекает обратимый равновесный процесс. В этом случае энергия Гиббса достигает минимально возможного значения. Если , то в системе протекает необратимый самопроизвольный процесс. Если , то в системе протекает необратимый не самопроизвольный процесс. Такие процессы протекают лишь при совершении работы извне над системой.

Поведение всякой термодинамической системы определяется одновременным действием двух факторов: энтальпийного – стремление системы к минимуму тепловой энергии и энтропийного – стремление системы к максимальному беспорядку.

Величина стандартного изменения энергии Гиббса есть мера химического сродства исходных веществ.

По уравнению можно сделать заключение о возможности протекания химических процессов:

1. Экзотермические реакции (ΔН < 0):

а) если ΔS > 0, то ΔG < 0, экзотермические реакции, сопровождающиеся увеличением энтропии, всегда протекают самопроизвольно;

б) если ΔS < 0, то процесс будет идти самопроизвольно при ΔН > TΔS (при низких температурах).

2. Эндотермические реакции (ΔН > 0):

а) если ΔS > 0, то процесс будет идти самопроизвольно при ΔН < TΔS (при высоких температурах).

б) если ΔS < 0, то ΔG > 0, самопроизвольное протекание эндотермических реакций, сопровождающихся уменьшением энтропии, невозможно.