Энергия Гиббса и направление протекания реакции
В химических процессах одновременно
действуют два противоположных фактора
— энтропийный
(
)
и энтальпийный
(
).
Суммарный эффект этих противоположных
факторов в процессах, протекающих при
постоянном давлении и температуре,
определяет изменение энергии Гиббса
(
):
Из этого выражения следует, что
,
то есть некоторое количество
теплоты расходуется на
увеличение энтропии (
),
эта часть энергии рассеивается в
окружающую среду в виде тепла, её часто
называют связанной
энергией. Другая часть
теплоты (
)
может быть использована для совершения
работы, поэтому энергию Гиббса часто
называют также свободной энергией.
Характер изменения энергии Гиббса
позволяет судить о принципиальной
возможности осуществления процесса.
При
процесс может протекать, при
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
,
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 (по кинетическим причинам).
Существует полезное соотношение,
связывающее изменение свободной энергии
Гиббса
в ходе химической реакции с её константой
равновесия
:
Вообще говоря, любая реакция может быть рассмотрена как обратимая (даже если на практике она таковой не является). При этом константа равновесия определяется как
где
— константа
скорости прямой реакции,
— константа скорости обратной реакции.
Закон Бойля — Мариотта — один из основных газовых законов, открытый в 1662 году Робертом Бойлем и независимо переоткрытый Эдмом Мариоттом в 1676 году. Описывает поведение газа в изотермическом процессе. Закон является следствием уравнения Клапейрона[1].
Закон Бойля — Мариотта гласит:
При постоянной температуре и массе идеального газа произведение его давления и объёма постоянно.
В математической форме это утверждение записывается следующим образом
где
— давление газа;
— объём газа.
Важно уточнить, что в данном законе газ рассматривается, как идеальный. На самом деле, все газы в той или иной мере отличаются от идеального. Чем выше молярная масса газа, тем больше это отличие.
Закон Бойля — Мариотта, закон Шарля и закон Гей-Люссака, дополненные законом Авогадро, образуют уравнение состояния идеального газа.
Закон Гей-Люссака — закон пропорциональной зависимости объёма газа от абсолютной температуры при постоянном давлении, названный в честь французского физика и химика Жозефа Луи Гей-Люссака, впервые опубликовавшего его в 1802 году.
Следует отметить, что в англоязычной литературе закон Гей-Люссака обычно называют законом Шарля и наоборот. Кроме того, законом Гей-Люссака называют также химический закон объёмных отношений.
Изобарический закон, открытый Гей-Люссаком в 1802 году утверждает, что при постоянном давлении объём постоянной массы газа пропорционален абсолютной температуре. Математически закон выражается следующим образом:
или
где — объём газа, — температура.
Если известно состояние газа при неизменном давлении и двух разных температурах, закон может быть записан в следующей форме:
или
.