5. Химический потенциал (μ).

Химический потенциал какого-либо вещества в системе равен отношению энергии Гиббса (G) к количеству вещества (n).

μ=G(x)/n(x), отсюда

G(х)=n(х)μ(х).

Если система состоит из нескольких веществ x₁, x₂, x₃ и т.д., то химический потенциал (μ), через который выражается G, в математическом выражении записывается:

G=n(x₁)μ(x₁)+n(x₂)μ(x₂)+n(x₃)μ(x₃).

Для вещества, находящегося в растворе, μ зависит от концентрации раствора, и природы растворителя. Эта зависимость носит логарифмический характер и выражается уравнением:

μ(x)=μ⁰(x)+RT In c (x)где:

μ(x)- химический потенциал, [Дж моль^-1];

μ⁰(x)- стандартный химический потенциал, определяется при стандартных параметрах, т.е. при Т==298, р= 101,3 Па и с(x)=1 моль дм^-3 :

In- натуральный логарифм, при е≈2,7183;

С(x) - концентрация вещества [моль дм^-3].

С увеличением концентрации вещества в системе μ увеличивается. Химический потенциал используется для расчета энергии Гиббса системы, которая складывается из сумм энергий Гиббса компонентов ее составляющих.

Термохимия.

Раздел ТД, энергии при протекании химических процессов, называется химической ТД (термохимией)- ТХ. В ТХ уравнения химических реакций называются термохимическими. Для них характерны следующие особенности:

1.Записываются с учетом ТД функций состояний системы (ΔH,Δ S).

2. Учитывается 1 моль вещества, поэтому возможны дробные коэффициенты.

3. Указываются агрегатные состояния веществ.

4. С данными уравнениями могут производиться обычные действия.

Пример: N_2(г)+O_2(г)=NO_(г),ΔH>0.

Впервые первое начало ТД к химическим процессам применил русский ученый Гесс. В 1840 г. Гесс открыл закон, который называется законом Гесса: приращение энтальпии при образовании продуктов из данных реагентов при постоянном давлении не зависит от числа и вида реакций, в результате которых образуются эти продукты. Суммарное изменение ΔН:

ΔH₁=ΔH₂+ΔH₃=ΔH₄+ΔH₅+ΔH₆

Для большинства химических процессов ΔH можно рассчитать по стандартному энтальпиям образования или сгорания реагентов и продуктов. Проведя такие расчеты можно предсказать энергетику того или иного химического процесса. Энтальпия образования определенная при стандартных параметрах, называется стандартной (ΔH⁰обр). Расчет ΔН химической реакции по энтальпиям образования производят на основе первого следствия из закона Гесса, которое гласит: изменение энтальпии химической реакции равно алгебраической сумме энтальпий образования продуктов за вычетом алгебраической суммы энтальпий образования реагентов, взятых с учетом стехиометрического количества реагентов и продуктов.

ΔH⁰р-ции=∑ΔH⁰обр. реагентов-∑ΔH⁰ обр. продуктов

4NH_3(г)+3O_2(г)=2N_2(г)+6H₂O_(ж)

ΔH⁰р-ции.=2 ΔH⁰о6р.(N_2(г))+6 ΔH⁰о6р.(H₂O_(ж))-4 ΔH⁰обр.(NН_3(г))-ЗΔH⁰обр.(O_2(г)).

В ТХ энтальпии образования простых веществ - это Н₂,O₂,N₂ и др. приняты за 0. Т.о. при раскрытии скобок получится:

ΔH⁰р-ции= 6 ΔH⁰о6р.(H₂O_(ж))-4 ΔH⁰обр.(NН_3(г))

Энтальпия сгорания вещества - это изменение энтальпии системы, сопровождающее окисление одного моль вещества до высших оксидов. Энтальпия, определенная при стандартных параметрах, называется стандартной - ΔH°сгор.(х). Расчет изменения энтальпии по энтальпиям сгорания производят на основе второго следствия из закона Гесса, которое гласит: изменение энтальпии химической реакции равно алгебраической сумме энтальпий сгорания реагента за вычетом алгебраической суммы энтальпии сгорания продуктов, взятых: с учетом стехиометрического количества реагентов и продуктов.

ΔH⁰р-ции=∑ΔH⁰сгор. реагентов-∑ΔH⁰ сгор. продуктов.

2C_(т)-2H_2(г)C₂H_2(г)

ΔH⁰р-ции.= ΔH⁰сгор. C(т)+ ΔH⁰сгор. 2H_2(г)- ΔH⁰сгор. C₂H_2(г)

Закон Гесса и его следствия находят практическое применение в медицине. С его помощью оценивается калорийность пищевых продуктов. Коэффициент калорийности - энтальпия сгорания 1г вещества, взятая с обратным -знаком [КДж г^-1], [Ккал г^-1], 1 кл=4,18Дж. Основными компонентами пищи являются белки, жиры, углеводы. Их коэффициенты калорийности составляют: белки – 16,5-17,2 кДж г^-1, углеводы - 16,5-17,2 кДж г^-1, жиры - 37,7-39.8 кДж г^-1. Для расчета калорийности пищи, состоящей из А г белков, В г углеводов, С г жиров, пользуются следующей формулой: К=(А(г)*16,5+В(г)*16,5+С(г)*37.7) кДж. На основании данных по калорийности пищевых продуктов, составляется научно обоснованные нормы потребления пищевых веществ для различных граждан населения, в зависимости от пола, возраста, характера труда. Пользуясь этими данными как средними величинами, врач составляет нормы потребления пищевых веществ для каждого пациента в отдельности.