Расчет изменения энергии Гиббса в различных процессах

Изменение энергии Гиббса в обратимом процессе можно рассчитать по уравнению:

. (1.78)

Из уравнения (1.78) следует, что энергия Гиббса увеличивается с ростом давления и уменьшается с повышением температуры.

Энергия Гиббса является функцией состояния системы и величиной аддитивной. Если процесс является сложным и необратимым, то его (мысленно) разбивают на обратимые стадии, рассчитывают изменение энергии Гиббса для каждой из обратимых стадий и находят изменение энергии Гиббса в сложном необратимом процессе:

. (1.79)

Рассмотрим, как рассчитывается изменение энергии Гиббса в различных процессах.

1. Расчет изменения энергии Гиббса в изотермическом процессе расширения или сжатия n моль идеального газа

При расширении или сжатии n моль идеального газа при постоянной температуре изменение энергии Гиббса рассчитывается по уравнению:

. (1.80)

2. Расчет изменения энергии Гиббса в изотермическом процессе расширения или сжатия жидких и твердых тел

При изотермическом расширении или сжатии n моль жидких или твердых тел изменение энергии Гиббса рассчитывается по уравнению:

. (1.81)

3. Расчет изменения энергии Гиббса в обратимо работающем электрохимическом элементе

Изменение энергии Гиббса в обратимо работающем электрохимическом элементе рассчитывается по уравнению:

. (1.82)

4. Расчет изменения энергии Гиббса химической реакции по значениям стандартных энтальпий и энтропий

Изменение энергии Гиббса химической реакции можно рассчитать с использованием справочных значений термодинамических свойств простых веществ и соединений. Для химической реакции, протекающей в стандартных условиях (Т=298 К, р=1,013·10⁵ Па), изменение энергии Гиббса рассчитывают двумя способами:

а) по стандартным значениям изменений энергии Гиббса при образовании данного вещества из простых веществ :

(1.83)

б) по стандартным значениям изменений энтальпий образования и абсолютных энтропий веществ, используя уравнения:

, (1.84)

, (1.85)

. (1.86)

Энергия Гельмгольца Физический смысл энергии Гельмгольца

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

. (1.87)

Решим это уравнение относительно полезной работы :

. (1.88)

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

. (1.89)

Где функция состояния называется энергией Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал).

Из (1.89) вытекает физический смысл энергии Гельмгольца:

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

Энергия Гельмгольца как критерий направления процесса

Изменение энергии Гельмгольца является критерием направления процесса в закрытых системах при V,Т=const. В отсутствие полезной работы :

Рис.1.6. Изменение энергии Гельмгольца при протекании процесса

Если , то в системе протекает обратимый равновесный процесс. В этом случае энергия Гельмгольца 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.