Гиббс-Гельмгольц теңдеуі

Жүйені Т₁-ден Т₂ температураға дейін қыздырғанда немесе суытқанда тұрақты көлем мен қысымда Гиббс пен Гельмгольц энергиялар өзгерісі келесідей теңдеумен өрнектеледі:

= ∆S (2.39) = ∆S (2.40)

2.39, 2.40 – теңдеулерін 2.35, 2.38 – теңдеулерге қою арқылы:

∆G=∆H+T (2.41) ∆F=∆U+ (2.42)

(2.41), (2.42) – теңдеулері Гиббс-Гельмгольц теңдеуі болып табылады. Осы теңдеу арқылы химиялық реакциялар жылу эффектісін, ∆S өзгерісін және басқа да термодинамикалық тұрақтыларды есептеуге болады.

Химиялық тепе-теңдік термодинамикасы Химиялық тепе-теңдік туралы түсінік

Химиялық тепе-теңдік сандық жағынан берілген температура үшін тұрақты шама тепе-теңдік константасымен сипатталады. Тепе-теңдік константасы реакция өнімдерінің стехиометриялық коэффициенттеріне дәрежеленген тепе-теңдік концентрация көбейтіндісінің бастапқы заттардың сондай концентрация көбейтіндісінің қатынасымен анықталады. Келесі реакция үшін:

аА + bB cC + dD

K_c =

⦋C⦌, ⦋D⦌, ⦋A⦌,⦋B⦌ - реакция реагенттерінің тепе-теңдік концентрациялары, a,b,c,d – стехиометриялық коэффициенттер, K_c – химиялық тепе-теңдік константасы.

Тепе-теңдік реагенттердің парциал қысымдары арқылы өрнектелсе, химиялық тепе-теңдік константасы келесідей тәуелдідікті көрсетеді:

K_р =

(Р_с), (Р_D), (P_A), (P_B) – реакция реагенттреінің парциалды қысымдары, a, b, c, d - стехиометриялық коэффициенттер, K_р - химиялық тепе-теңдік константасы.

Тепе-теңдік константасы әрекеттесуші заттар табиғатынан, температурадан тәуелді, концентарциядан, активтіліктен, қысымнан тәуелсіз. K_c ,K_р – газ тәріздес реагенттердің моль сандары өзгере жүретін реакциялар үшін өлшемсіз шамалар. Басқа жағдайларда:

K_р – қысым өлшемімен,

K_c - ∆n дәрежедегі концентрация өлшемімен қрнектеледі. ∆n - стехиометриялық коэффициенттердің алгебралық қосындыларының айырымы:

∆n=∆

K_р және K_c келесідей байланыста:

K_р = K_c (RT)^∆n

Химиялық реакцияның изотерма теңдеуі

Химиялық тепе-теңдік константасы стандартты жағдайда химиялық реакцияның ∆G және ∆F шамаларымен байланысты:

∆G = -RTln K_р

∆F = -RTln K_c

Әрекеттесуші заттардың берілген концентрациялары немесе парциал қысымдарындағы химиялық реакцияларда ∆G және ∆F өзгерістерін химиялық реакцияның изотерма теңдеуі арқылы есептеуге болады:

∆G = ∆G⁰ + RTln

∆G = RT ln - lnK_p (3.8)

∆F = RT ln – lnK_c (3.9)

Бұл теңдеулер (3.8), (3.9) химиялық реакцияның изотерма теңдеулері. (3.8) – теңдеуі изобаралы-изотермиялық процесс үшін, (3.9) - изохоралы-изотермиялық процесс үшін. Көрсетілген теңдеулер термодинамикалық потенциалдар ∆G, ∆F өзгеруі мен химиялық тепе-теңдік константалар K_p, K_c арасындағы тәуелділікті көрсетеді. Химиялық рнеакция изотерма теңдеулері бойынша берілген жағыдайда Гиббс және Гельмгольц энергиялар өзгерісін есептеуге, процестің өздігінен өту бағытын анықтауға болады.

Егер П_р =

Химиялық реакция изотерма теңдеуінен Гиббс энергиясының мәні және таңбасы П_р және K_p салыстырмалы мәндерінен тәуелді екенін көруге болады. (р=const, Т=const). Егер

П_р <K_p болса, ∆G<О

(3.8) теңдеуге сәйкес реакция өздігінен солдан оңға қарай өтеді.

П_р >K_p болса, ∆G>О

(3.8) теңдеуге сәйкес реакция өздігінен кері бағытта (оңнан солға) қарай өтеді.

П_р = K_p болса, ∆G=О реакция тепе-теңдік күйде болады.