Направленность процесса. Энергия Гиббса.

В процессе химических реакций одновременно действуют 2 тенденции:

1) стремление к образованию более прочных связей между частицами, сопровождающееся понижением энергии системы, что уменьшает энтропию.

2) стремление частиц разъединиться, что увеличивает энтропию.

Т.к. энтропия увеличивается с повышением температуры, то можно считать, что существует мера беспорядка пропорциональна Т ∙ S.

Первая тенденция в изобарно-изотермических условиях называется энтальпийным фактором (∆ Н), вторая – энтропийным (Т ∙ ∆ S).

Эти два фактора по отдельности не могут служить критерием самопроизвольного протекания химических процессов, их объединяет функция, называемая энергией Гиббса или изотермическим потенциалом.

G = H – T∙ ∆ S

Энергия Гиббса является функцией состояния, поэтому:

Gْ х.р. = å i ∙ ∆ Gْ обр(прод) - å j ∙ ∆ Gْ обр(исх.в-в.)

Энергия Гиббса служит критерием самопроизвольного протекания химических процессов. Химическая реакция принципиально возможна, если ее энергия Гиббса уменьшается (∆ G < 0), чем меньше ∆ G, тем вероятнее (возможнее) реакция. Реакция не может протекать самопроизвольно, если энергия Гиббса увеличивается (∆ G > 0). Если G = 0, то реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлении, т.е. система находится в химическом равновесии.

Пример. Реакция восстановления Fe₂O₃ водородом протекает по уравнению:

Fe₂O₃(k)+3H₂(г)=2Fe(k)+=3H₂O(г), H =+96, 61кДж

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии ∆ Sْ = 0, 1387 кДж.(моль*к)

При какой температуре начнется восстановление Fe₂O₃?

Решение:

Вычислим G реакции:

G = H – T S = 96, 61 - 298*0, 1387 = +55, 28кДж

Т.к. G > 0, то реакция при стандартных условиях невозможна, наоборот при этих условиях идет обратная реакция - коррозия железа.

Найдем температуру, при которой G=0

H96, 61

H = T S => T= S = 0, 1387 = 696, 5К

Следовательно при температуре примерно равной 696, 5К начнется реакция восстановления Fe2O3. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.