Основы химии
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
нимать под “Свободной энергией”? Свободная энергия это часть внутренней энергии, которая может быть превращена в работу в данных условиях.
?G=Аmax p?V=Amax
Убыль энергии Гиббса в изотермическом процессе равна максимальной работе (Аmax) за вычетом работы расширения (p?V), т.е. максимально полезной работе (Amax).Если из выражения G=HTS найти TS=HG , то получим разность (HG). Эта разность между внутренней и свободной энергией называют “связанной энергией”. Она равна произведению энтропии на температуру. Связанная энергия это та часть внутренней энергии, которая ни при каких условиях в работу превращена быть не может. Если из предыдущего выражения получим “S”
S=HG/T
то можно сделать вывод, что энтропия равна доли связанной энергии (HG) отнесенной к единице температуры.
О возможной направленности химического процесса можно судить по знакам изменения функций ?Н и ?S. Влияние знака при ?Н и ?S на направление протекания химического процесса представлено в следующей таблице.
Табл.8.1.
Знак изменения функцииНаправление самопроизвольного протекания реакции?Н?S?G+Реакция протекает в прямом направлении при любых температурах. Она необратима
+
+В прямом направлении реакция невозможна ни при какой температуре. Она необратима. Может протекать только в обратном направлении.Реакция обратима. В прямом направлении реакция возможна при низких температурах.++Реакция обратима. В прямом направлении реакция возможна при высоких температурах.Если в результате расчета энергии Гиббса получится, что данная конкретная реакция при стандартной температуре (298К) не идет, необходимо выяснить ее обратимость, т.е. возможность процесса при других температурах.
При условии +?Н и +?S реакция в прямом направлении возможна при высоких температурах. Для определении температуры реакции находим сначала температуру равновесия, а мы знаем, что условием равновесия ?G=0. Тогда ?НТ?S=0. Отсюда Трав.= ?Н/?S.
Температура, при которой возможна реакция чуть больше температуры равновесия. Треакции>Tрав.
Подобно стандартной энтальпии образования вещества ?H0обр. в таблицах имеются значения стандартных энергий Гиббса образования веществ при стандартной температуре ?G0обр.298. Эту величину можно рассчитать по известному уравнению:
?G0298=?Н0298298 ?S0298.
Причем, ?G0298 образования простых веществ, аналогично ?Н0298 образовании простых веществ, равны нулю.
Зная стандартные энергии Гиббса образования отдельных веществ можно по известному правилу (следствие из закона Гесса) рассчитывать энергии Гиббса конкретной реакции.
?G0х.р.=??G0обр.(кон.прод.)??G0обр.(исх.в-в)
Значения стандартных термодинамических функций образования веществ несут определенную информацию о этих соединениях. По величине стандартной энтальпии образования вещества (?Н0обр.), ее знаке можно судить о прочности соединения. Так как ?Н0обр. характеризует энергию, которая выделяется (поглощается) в результате образования вещества из элементов, то, соответственно, для разрушения вещества на составные части (атомы) требуется такое же количество энергии, но взятой с противоположным знаком (следствие из закона Гесса). Большинство нейтральных (молекулярных) соединений имеют знак минус у энтальпий образования. Это значит, что они являются экзотермическими, обладающие меньшим запасом энергии, чем элементарные вещества, из которых они получены. И чем более отрицательная величина, тем более требуется энергии для разрушения молекулы на элементарные атомы. Эндотермическими являются некоторые группы соединений (гидриды, оксиды, нитриды, карбиды, металлы в газообразном состоянии, газообразные атомы неметаллов и небольшое число ионов в растворах). Для них ?Н0обр. имеет положительное значение. Это значит, что такие соединения, атомы, ионы получены с затратой энергии. Следовательно, такие состояния вещества является неустойчивым. Стандартная энтропия образования вещества S0обр. всегда положительная величина, и чем больше ее численное значение, тем менее упорядочено вещество. По величине стандартной энтропии образования мы можем судить о агрегатном состоянии того или иного соединения, о наиболее устойчивой модификации одного и того же вещества, о разветвлении структуры молекулы и ряда других структурных особенностях химических соединений.
Остановимся на структурной энергии Гиббса образования вещества ?G0обр.. Мы знаем, что ?G является *** протекания химического процесса. Стандартная энергия Гиббса образования вещества является тоже энергией процесса, но процесса образования моля вещества из отдельных элементарных атомов, находящихся в наиболее устойчивом состоянии. В связи с этим, очевидно, что чем отрицательнее значение ?G0обр., тем устойчивее соединение. И, наоборот, чем более положительное значение ?G0обр., тем менее устойчивое вещество.
Рассмотрим несколько примеров.
- Химическая инертность ряда соединений обусловлена большим отрицательным значением ?G0обр.. Например, ?G0обр.SiF4= -1572,5 кДж/моль. ?G0обр.SF6= -1103,6 кДж/моль достаточно инертные вещества.
- Большая прочность комплексных соединений по сравнению с простыми тоже обусловлена значительным отрицательным значением энергии Гиббса их образования. ?G0обр.[SiF6]2= -2134 кДж/моль. ?G0обр.[BF4]= -1483 кДж/моль.
- Для соединения Cl3N значение ?G0обр. величина положительная ?G0обр.Cl3N=293 кДж/моль. Это вещество неустойчиво, оно взрывоопасно.
8.6. Изменение термодинамических функций веществ, попавших в окружающую среду.
Поведение химически