Энергия Гиббса реакции.
Энергией Гиббса реакции называется изменение энергии Гиббса ΔG при протекании химической реакции. Так как энергия Гиббса системыG = Н - TS, её изменение в процессе определяется по формуле: ΔG = ΔH-TΔS(4.1) где Т - абсолютная температура в Кельвинах. Энергия Гиббса химической реакции характеризует возможность её самопроизвольного протеканияпри постоянных давлении и температуре.Если ΔG<0, то реакция может протекать самопроизвольно, при ΔG>0 самопроизвольное протекание реакции невозможно, если же ΔG=0, система находится в состоянии равновесия. Для расчёта энергии Гиббса реакции по формуле (4.1) отдельно определяются ΔН и ΔS. При этом в практических расчётах пользуются приближениями (2.4) и (3.4). Пример 4.1. Расчёт энергии Гиббса реакции, выраженной уравнением 4NH 3(г) + 5O2 (г) = 4NO(г) + + 6Н2O(г), при давлении 202.6 кПа и температуре 500°С (773К). Согласно условию, реакция протекает при практически реальных значениях давления и температуры. при которых допустимы приближения (2.4) и (3.4), т.е. ΔН773 ≈ΔН0298 = - 904.8 кДж = - 904800 Дж. (см. пример 2.2), а ΔS773 ≈ ΔS0298 = 179,77 Дж/К. (см. пример 3.1). После подстановки значений ΔH0298 и ΔS°298 в формулу (4.1) получаем: ΔG773 =ΔH773 -773 ΔS773 ≈ΔН0298 -773ΔS0298 = - 904800 – 773*179, ≈1043762 Дж= - 1043,762 кДж. __________________________________ 1* Состояния веществ в уравнениях реакций указываются с помощью буквенных индексов: (к) - кристаллическое, (т) - твёрдое, (ж) - жидкое, (г) - газообразное, (р) - растворённое. 2* По определению,ΔН0298обр простых веществ равны нулю. 3* ΔH0298обрО2. в формуле не фигурирует ввиду её равенства нулю. Полученное отрицательное значение энергии Гиббса реакции ΔG773 указывает на то, что дан ная реакция в рассматриваемых условиях может протекать самопроизвольно. Если реакция протекает в стандартных условиях при температуре 298К, расчёт её энергии Гиббса ( стандартной энергии Гиббса реакции ) можно производить аналогично расчёту стандартной теплоты реакции по фрмуле, котораядля реакции, выраженной уравнением аА + ЬВ = сС + dD, имеет вид: ΔG°298 = (cΔG°298,o6p,C + dΔG°298,o6p,D) - (aΔG 298,обрА + bΔG° 298,обр,в) (4.2) где ΔG°298,o6p. - стандартная энергия Гиббса образования соединения в кДж/моль (табличные значения) -энергия Гиббса реакции, в которой при температуре 298К образуется 1 моль данного соединения, находящегося в стандартном состоянии, из простых веществ, также находящихся в стандартных состояниях4*, a ΔG°298 - стандартная энергия Гиббса реакции в кДж. Пример 4.2. Расчёт стандартной энергии Гиббса реакции, протекающей по уравнению: 4NH 3(г) + 5O2 (г) = 4NO(г) + + 6Н2O(г). В соответствии с формулой (4.2) записываем5*: ΔG0298 = (4ΔG0298.no + 6ΔG0298.H2O) - 4 ΔG0298.NHз После подстановки табличных значений ΔG0298.обР получаем: ΔG0298 = (4(86,69) + 6(-228, 76)) - 4(-16,64) = - 959.24 кДж. По полученному результату видно, что так же, как и в примере 4.1, в стандартных условиях рассматриваемая реакция может протекать самопроизвольно .По формуле (4.1) можно определить температурный диапазон самопроизвольного протекания реакции. Так как условием самопроизвольного протекания реакции является отрицательность ΔG (ΔG<0), определение области температур, в которой реакция может протекать самопроизвольно, сводится к решению неравенства (ΔH-TΔS)<0 относительно температуры.
Пример 4.3. Определение температурной области самопроизвольного протекания реакции, выраженной уравнением: СаСО3(т) = СаО(т) + СO2(г). Находим ΔH u ΔS. ΔH ≈ ΔH°298 = (ΔН0298,СаО + ΔН°298,CO2) - ΔН°298,CaCO3 = (-635,1 + (-393,51)) - (-1206) = 177,39кДж = 177390 Дж; ΔS ≈ ΔS0298 = (S0298,СаО + S0298.С02) - S0298,СаСОз = (39,7 + 213,6)- 92,9 = 160,4 Дж/К. Подставляем значения ΔН и ΔS в неравенство и решаем его относительно Т: 177390 – Т*160,4<0, или 177390<Т*160,4, или Т>1106. Т.е. при всех температурах, больших 1106К, будет обеспечиваться отрицательность ΔG и, следовательно, в данном температурном диапазоне будет возможным самопроизвольное протекание рассматриваемой реакции. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|