АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Энергия Гиббса. Если процесс протекает так, что DН = 0 (изолированная система), то изменение энтропии становится его единственной движущей силой

Читайте также:
  1. V2: Работа и энергия
  2. V2: Энергия волны
  3. Абсолютно упругий и неупругий удар тел. Внутренняя энергия. Общефизический закон сохранения энергии
  4. Адсорбция на границе газ-жидкость. Изотерма Гиббса.
  5. В схеме, состоящей из конденсатора и катушки, происходят свободные электромагнитные колебания. Энергия конденсатора в произвольный момент времени t определяется выражением
  6. Влияние температуры на скорость химической реакции. Энергия активации.
  7. Внутренняя энергия идеального газа
  8. Внутренняя энергия идеального газа
  9. Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изобарном расширении. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Понятие о втором начале термодинамики.
  10. Внутренняя энергия реального газа
  11. Внутренняя энергия реального газа. Сжижение газов.
  12. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля - Томсона

 

Если процесс протекает так, что DН = 0 (изолированная система), то изменение энтропии становится его единственной движущей силой. Причем чем выше температура, тем сильнее проявляется энтропийный фактор (ТDS). При условии DS = 0 единственной движущей силой химической реакции является убыль энтальпии - энтальпийный фактор - DН.

Таким образом, в химических реакциях одновременно проявляются две тенденции:

1) стремление системы к образованию связей в результате взаимного притяжения частиц, что приводит к увеличению порядка и сопровождается понижением энергии системы ();

2) стремление к диссоциации сложных частиц на простые, увеличению числа частиц, увеличению беспорядка и возрастанию энтропии (TDS).

Если эти тенденции уравновешивают друг друга, то DН = TDS.

При неравенстве этих величин их разность может служить мерой химического сродствареагентов:

DG = DH - TDS .(4.5)

 

Она носит название энергии Гиббса.

При постоянстве температуры и давления химические реакции могут самопроизвольно протекать только в таком направлении, при котором энергия Гиббса системы уменьшается (DG< 0) (вторая формулировка II закона термодинамики).

 

Из уравнения (4.5) вытекает, что наибольшее сродство веществ друг к другу проявляется в реакциях, протекающих с DН < 0 и DS > 0 (протекают при любых температурах).

Чем меньше величина DGох.р, тем дальше система находится от состояния химического равновесия и тем более она реакционноспособная.

Изменение энергии Гиббса (DGх.р.) в результате химической реакции можно найти по стандартным энергиям Гиббса образования веществ (DGоƒ) (табл. 4.1):

 

DGох.р. = å nпрод·DGоƒ, прод - å nреагентов·DGоƒ, реагентов . (4.6)

При этом DGоƒ простых веществ так же, как DНоƒ, равны нулю.

Таким образом, критерий направления процессов можно записать так:

 

равновесие - DG = 0; DН = Т·DS;

 

(реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлении);

 

самопроизвольный процесс

в прямом направлении DG < 0; DН - Т·DS < 0;

не может протекать в прямом направлении

(возможен обратный процесс) DG > 0; DН - Т·DS > 0.

 



Переход DG через ноль можно определить из соотношения

 

DН = Травн·DS .Отсюда . (4.7)

 

Таким образом, энергия Гиббса зависит от характера реакции (значения DН и DS), а для многих реакций и от температуры. Зная величины DН и DS, можно рассчитать DG и, соответственно, предсказать возможность или невозможность самопроизвольного протекания реакции, а также влияние температуры на направление процесса.

Пример 6. Пользуясь данными табл. 4.1, установить возможность или невозможность восстановления диоксида титана в стандартных условиях по реакции:

 

TiO2 (к) + 2С(графит) = Ti (к) + 2СО(г) .

 

DG0 (кДж/моль) -888,6 0 0 -137,1

Решение Используя уравнение (4.6), рассчитываем DG0х.р.:

 

DG0х. р. = 2DG0ƒ (СО) - DG0ƒ (TiO2) = 2·-137,1 - (-888,6) = 614,4 кДж.

 

Поскольку DG0х.р > 0, восстановление TiO2 при 298 К невозможно. Согласно закону сохранения энергии для обратного процесса окисления титана оксидом углерода
DG0 = - 614,4 кДж, т.е. обратный процесс возможен.

 

Пример 7. Реакция восстановления Fe2O3 водородом протекает по уравнению:

 

Fe2O3 (к) + 3H2 = 2Fe (к) + 3Н2О(г), DH0х..р. = + 96,6кДж.

 

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии
DS0 = 0,1387 кДж/моль·К? При какой температуре начнется восстановление Fe2O3?

Решение. Вычисляем DG0 реакции по (4.5):

 

DG0x.p. = DH0 -TDS0 = 96,6 - 298·0,1387 = 55,3 кДж.

 

Так как DG >0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру согласно уравнению (4.7), при которой DG = 0 (состояние равновесия); Тогда

 

DH0 = T·DS0 , отсюда .

 

Следовательно, при температуре примерно 696,5 К начнется реакция восстановления Fe2O3.

Пример 8. При некоторой температуре Т эндотермическая реакция А ® Впрактически идет до конца. Определить знак DS реакции.

‡агрузка...

Решение. То, что реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении, указывает на то, что DG < 0. Так как реакция эндотермическая, то DH > 0. Из уравнения (4.5)

 

DG = DH - T·DSследует, что ·DS0должна быть > 0.

 

Пример 9.Не проводя расчётов, определить, какие из перечисленных процессов возможны в изолированной системе:

 

а) 2NH3 (г) = N2 (г) + 3H2 (г) , б) NО (г) + NО2 (г) = N2О3 (к) ,

в) 2S(к) + 3O2 (г) = 2SO3 (г) .

Решение.В изолированной системе (DH = 0) критерием самопроизвольного протекания процесса является увеличение энтропии. Учитывая, что газообразные вещества имеют большую энтропию, чем жидкие и твердые, заключаем, что с увеличением энтропии протекает реакция (а) (из 2 моль газа получается 4 моль). Реакции б) и в) протекают в обратном направлении (в реакции б) из газообразных веществ получилось кристаллическое, а реакция (в) сопровождается уменьшением объема газа).

Пример 10.Указать, какие из реакций образования оксидов азота и при каких температурах (высоких или низких) могут протекать самопроизвольно в стандартных условиях:

 

а) 2N2 (г) + О2 = 2N2О (г) , DHО298 > 0.

б) 2N2 (г) + О2 = 2NО (г) , DHО298 > 0.

в) NО (г) + NО2 (г) = N2О3 (к) , DHО298 < 0.

 

Решение.а) определим изменение энтропии: так как количество газа уменьшается с трех молей до двух, энтропия уменьшается и DS < 0. Возможность протекания реакции определяется энергией Гиббса (DG < 0). Из анализа уравнения (4.5) DG = DH - TDS следует, что при DH > 0 и DS < 0 DG > 0 при любых температурах, т.е. эта реакция невозможна при любых температурах;

 

б) аналогично реакции (а);

 

в) для этой реакции энтропия уменьшается, так как из газообразных веществ получается кристаллическое, т.е. DS < 0. Если DH < 0 и DS < 0, то реакция возможна при достаточно низких температурах, при этом величина DH будет превышать по абсолютному значению член TDS и DG < 0.

 

Из соотношения (4.5) видно, что самопроизвольно могут протекать и эндотермические процессы, для которых DH > 0. Это возможно при высоких температурах, когда DS > 0. При низких температурах знак DG определяется в основном энтальпийным фактором, т.е. DH < 0.


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | 78 | 79 |


При использовании материала, поставите ссылку на Студалл.Орг (0.014 сек.)