Ентропія, енергія гіббса та напрямленість процесів основні поняття та визначення

Ентропія S	- міра невпорядкованості системи, функція стану системи. . Розмірність ентропії Дж/(моль·К).
Вільна енергія Гіббса (ізобарно-ізотермічний потенціал) G	- вільна енергія системи при Р,Т = const. G=H-TS або ΔG = ΔH-TΔS. Розмірність кДж.
Стандартна енергія Гіббса утворення речовини	- зміна енергії Гіббса системи при утворенні 1 моль речовини з простих речовин стійких за стандартних умов. Розмірність кДж/моль.
Зміна вільної енергії Гіббса хімічного процесу	- різниця між сумою вільних енергій продуктів реакції та вихідних речовин з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів .
Критерії можливості перебігу реакції:	ΔG < 0 – реакція відбувається в прямому напрямку; ΔG >0 – реакція відбувається у зворотному напрямку; ΔG = 0 – стан хімічної рівноваги.

Приклади виконання завдань

При виконанні завдань цього розділу див табл. 5.

Приклад 1. Залежність ентропії від агрегатного стану речовин.

Як зміниться ентропія при перетвореннях:

а) води в пару;

б) води в лід;

в)

Чому?

Відповідь.

а) Перехід Н₂О_(р) → Н₂О_(г) супроводжується збільшенням невпорядкованості системи і тому зростанням ентропії S₂ > S₁.

Оскільки , то Δ S > 0

б) Перехід

супроводжується збільшенням впорядкованості системи і тому зменшенням ентропії S₂ < S₁. Оскільки ΔS = S₂ – S₁, то ΔS < 0.

в) Перехід супроводжується збільшенням невпорядкованості системи, тому що утворюється газоподібна речовина СО₂. Ентропія системи збільшується, тобто S₂ > S₁ і ΔS > 0.

Приклад 2. Визначення можливості перебігу процесу за величиною зміни вільної енергії Гіббса.

Визначити можливість перебігу реакції

якщо відомі утворення (стандартна вільна енергія Гіббса або ізобарно-ізотермічний потенціал) усіх речовин:кДж/моль;кДж/моль;кДж/моль;кДж/моль. Відповідь обґрунтувати розрахункомреакції.

Розв’язання. Зміна вільної енергії Гіббса реакції розраховується за формулою:

,

де n і m – кількість молів певної речовини, моль;

і - стандартні вільні енергії Гіббса утворення продуктів реакції і вихідних речовин відповідно, кДж/моль.

Для даної реакції

Оскільки , то реакція можлива.

Приклад 3. Визначення стандартної енергії Гіббса утворення речовини за відомою величиною зміни енергії Гіббса реакції.

Відновлення заліза з його оксиду за допомогою СО відбувається за рівнянням:

Розрахувати утворення карбон(IV) оксиду, користуючись величинами утворення необхідних речовин.

Розв’язання. Зв’язок між ідля всіх речовин, що увійшли в рівняння реакції, визначається за формулою:

,

де n і m – числа молів кожної з речовин в рівнянні реакції, моль;

і - стандартні вільні енергії Гіббса утворення продуктів реакції і вихідних речовин відповідно, кДж/моль.

Для даної реакції

.

Звідси визначаємо :

.

У табл.4 є значення всіх ізобарно-ізотермічних потенціалів для даної задачі: кДж/моль;кДж/моль;

кДж/моль. Отже

(кДж/моль).

Приклад 4. Визначення температури встановлення рівноваги в системі за термодинамічними параметрами.