Вопрос 12. Изменение энергии Гельмгольца и энергии Гиббса в самопроизвольных процессах. Термодинамические условия равновесия. Стандартная энергия Гиббса. Уравнение Гиббса- Гельмгольца.

Под стандартной энергией Гиббса образования понимают изменение энергии Гиббса при реакции образования 1 моль данного соединения из простых веществ. Подобно энтальпии и энтропии:

стандартное изменение энергии Гиббса в ходе химической реакции равно сумме стандартных энергий Гиббса образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энергий Гиббса образования исходных веществ.                    

Пользуясь табличными данными можно  рассчитать изменение энергии Гиббса в стандартных условиях.

Рассмотрим обратимую реакцию:

N2 (г) +ЗН2 (г) ↔ 2NH3(г) .

Для стандартных условий ∆H° = - 92,4кДж   ∆S°= -0,1978 кДж/К

Изменение энергии Гиббса:

∆G0 = ∆H0 - T∆S0 = -92,4 - (0,198 ∙ 298) = 92,4 + 59,0 = -33,4 кДж.

По определению энергии Гельмгольца и Гиббса равны

, . (4.78)

Однако,

, ,

поэтому соотношения (4.78) можно записать следующим образом:

, (4.79)

. (4.80)

Выражения (4.79) и (4.80) называются уравнениями Гиббса-Гель-мгольца и имеют практическое значение для изотермических процессов, протекающих с совершением полезной работы без видимого изменения объема.

Для обратимых процессов в закрытых системах, протекающих в изотермических условиях при постоянном давлении или постоянном объеме:

, (4.81)

. (4.82)

Эти соотношения являются термодинамическими тождествами, и если в них подставить значения

, , , ,

то получим очень важные уравнения, связывающие величины полезной работы (суммs немеханических видов работ) с теплотами Q_P и Q_V:

, (4.83)

. (4.84)

Уравнения (4.83) и (4.84) также называются уравнениями Гиббса-Гельмгольца или уравнениями максимальной работы. Они позволяют вычислить полезную работу по экспериментальным данным: тепловому эффекту реакции Q_P или Q_V и температурному коэффициенту работы.

Следует отметить, что в уравнениях (4.83) и (4.84) теплоты

и .