chemistry / chemistry1 / ХимиЯ / 140-141

aU

T&S

СН, + 2Н₂О(г) = СО₂ |фассчитывается по уравнению:

^н₂

Соотношение между термодина­мическими функциями состояния системы представлено на рис. 5.4.

Энергия Гиббса образования вещества. Изменение энергии Гиббса системы при образовании 1 моль сложного вещества В из простых ве­ществ, устойчивых при 298 К и давлении 100 кПа, называется энергией Гиббса образования вещества В, A/Gb. Например, энергия Гиббса обра­зования аммиака A_fG_NHjir) равна изменению энергии Гиббса реакции

PAV

AF

pAV

AG

TaS

Рис. 5.4. Соотношение термодина­мических функций

Изменение энергии Гельмогольц_а характеризует направление и предел самопроизвольного течения химиче­ской реакции при изохорно-изотер-мических условиях, которое возмож­но при соблюдении неравенства

AF<0.

Например, изменение энергии Гиббса при получении водорода взаимодействия метана и водяного пара

■4Н,

AG= A/?_C0; +4Д_/(?

A_fG_CHi -

Полученное значение AG является критерием самопроизволь­ного течения реакции (AG < 0). Если исходные вещества и продук-реакции находятся в стандартных состояниях, то изменение яергии Гиббса называется изменением стандартной (нергии Гиббса химической реакции AG³ и является кри-эием самопроизвольного протекания реакции при стандартных эяниях исходных веществ и продуктов реакции. Связь между AG и А^ выражается уравнением, получившим азвание изотермы Вант-Гоффа (в честь голландского ризико-химика), которая для реакции

■f^: iii

I i^: ■ We

Энергия Гиббса образования простых веществ, в данном случае N₂ и Нг, принимается равной нулю A_fG_Ni = A_/G_Hj =0. Если веще­ство В и исходные простые вещества находятся в стандартных со­стояниях (см. табл. 5 .1), то энергия Гиббса образования называет­ся стандартной энергией Гиббса образования ве­щества В (А/х'в)- В справочниках обычно приводятся значения стандартных энергий Гиббса образования веществ при 298 К. Зна­чения А/СР₂9х Для некоторых веществ приведены в приложении 2.

Изменение энергии Гиббса химических реакций. Как и любая тер­модинамическая функция, энергия Гиббса является функцией со­стояния, т.е. ее значение не зависит от пути протекания процесса, а лишь от исходного и конечного состояний системы. Поэтому из­менение энергии Гиббса химической реакции AG можно рассчитать как сумму энергий Гиббса образования продуктов реакции за вычетом энергий Гиббса образования исходных веществ с учетом стехиометри-ческих коэффициентов.

Изменение энергии Гиббса химической реакции:

dD + ЬВ = /L + отМ рассчитывается по формуле:

(5.19)

AG = /АД + тАр_м — dAfi_D — bA,G_B.

140

dD + bB = IL + тМ

(5.20)

шсывается в виде:

ибо в виде:

(5.21)

AG = AG⁰ + RT\n(c'_Lc^mJc⁶_Dc\y,

и рм, Pd, Ръ — относительные парциальные давления соответ-эщих веществ; c_L, c_M, c_D, c_B — концентрации соответствующих эренных веществ. Если p_L = р_м = p_D = ръ = 1 или c_L = с_м = c_D = с_в = 1 моль/л, то °

Учитывая, что Л = 8,31 Дж/(моль • К) и In = 2,3 lg, получаем ри 298 К:

AG₂₉₈ = AG°_29g + 5,71 Wjrj?j\). (5.20a)

Итак, изменение энергии Гиббса химической реакции можно эеделить, зная энергию Гиббса образования продуктов реакции исходных веществ и их парциальные давления или концентра-*и.

В уравнение (5.21) для концентрированных растворов вместо концентраций г активности (см. гл. 8).

141