9.4 Энергия Гиббса

Движущая сила процесса скла­дывается из двух сил: стремления к упорядочению (DН) и стремления к беспорядку (TDS).

При p и T = const общую движущую силу процесса обозначают DG и вычисляют по формуле

DG = DH - TDS.

Величина G называется изобарно-изотермическим потенциалом или энергией Гиббса. Итак, мерой химического сродства является убыль энергии Гиббса (DG), которая зависит от природы вещества, его количества и от температуры. Энергия Гиббса являет­ся функцией состояния, поэтому

=.

Вычислив изменение DG в ходе процесса, можно сделать следующие выводы:

DG < 0 – самопроизвольно протекает прямой процесс,

DG > 0 – самопроизвольно протекает обратный процесс,

DG = 0 –состояние равновесия.

В таблица 3 приведены стандартные значения энергии Гиббса () образования некоторых веществ

Таблица 3 – Стандартные значения энергии Гиббса () образования некоторых веществ

Вещество	Состояние	DG°298, кДж/моль	Вещество	Состояние	DG°298, кДж/моль
СО	г	-137,27	Н2О	г	-228,59
СО2	г	-394,38	Н2О	ж	-237,19
FeO	к	-244,3	NO2	г	+51,84
Fe3O4	к	-1014,2	СН4	г	-50,79
ВаО	к	-528,4	С2Н2	г	+209,20

Пример

Вычислить DН⁰₂₉₈, DS⁰₂₉₈, DG°_т реакции, протекающей по уравнению:

Fe₂O₃(к) + ЗС_(к) = 2Fe_(к) + ЗСО_(г).

Возможна ли реакция восстановления Fе₂О₃ углеродом при температурах 500 и 1000 К?

Решение. DН⁰₂₉₈, DS⁰₂₉₈ являются функциями состояния, поэтому находим их, используя математическое выражение следствия из закона Гесса:

DН⁰₂₉₈ = 3(-110,52) + 2×0 - (-822,10 + 3×0) = -331,56 + 822,10 = +490,54 кДж,

DS⁰₂₉₈ = (2×27,2 + 3 ×197,91) - (89,96 + 3×5,69) = 541,1 Дж/К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения DG°_t = DН⁰₂₉₈ - TDS⁰₂₉₈:

= 490,54 – 500×541,1/1000 = +219,99 кДж,

= 490,54 – 1000×541,1/1000 = -50,56 кДж.

Так как > 0, a < 0, то восстановление Fе₂О₃ углеродом возможно при 1000 К и невозможно при 500 К.

Термодинамические величины (U, Н, S, G) являются функциями состояния, поэтому изменение их в ходе процесса можно вычислять используя математические выражения следствий из закона Гесса. При решении задач следует учитывать, что как правило ΔU, DН и DG выражают в кДж, а S – в Дж.

Зная значению DG⁰_т можно найти константу равновесия из формулы: DG⁰_т = – R·T·lnK_p.