www.wikidata.uk-ua.nina.az

Вільна енергія Гіббза Ві льна ене ргія Гі ббса або просто ене ргія Гі ббса або потенціа л Гі ббса або термодинамі чний п

Вільна енергія Гіббза

Ві́льна ене́ргія Гі́ббса (або просто ене́ргія Гі́ббса, або потенціа́л Гі́ббса, або термодинамі́чний потенціа́л у вузькому значенні) — це термодинамічний потенціал такого вигляду:

Енергію Гіббса можна розуміти як повну хімічну енергію системи (кристала, рідини тощо)

Поняття енергії Гіббса широко використовується в термодинаміці та хімії.

Визначення Редагувати

Класичним визначенням енергії Гіббса є вираз

де  — внутрішня енергія,  — тиск,  — об'єм,  — абсолютна температура,  — ентропія.

Диференціал енергії Гіббза для системи з постійним числом частинок, виражений у власних змінних — через тиск p і температуру T:

Для системи із змінним числом частинок цей диференціал записується так:

Тут  — хімічний потенціал, який можна визначити як енергію, яку необхідно затратити, щоб додати в систему ще одну частку.

Історична довідка Редагувати

Енергія Гіббза названа на честь одного із засновників термодинаміки, Джозая Вілларда Ґіббса.

Застосування у хімії Редагувати

Зв'язок з хімічним потенціалом Редагувати

Використовуючи властивості екстенсивності термодинамічних потенціалів, математичним наслідком яких є співвідношення Гіббза — Дюгема, можна показати, що хімічний потенціал є відношенням енергії Гіббза до числа частинок в системі:

Якщо система складається з частинок декількох сортів з числом частинок кожного сорту, то співвідношення Гіббза — Дюгема приводять до виразу

Хімічний потенціал застосовується при аналізі систем зі змінним числом частинок, а також при вивченні фазових переходів. Так, виходячи з співвідношень Гіббза — Дюгема і з умов рівності хімічних потенціалів , що знаходяться в рівновазі один з одним, можна одержати рівняння Клапейрона-Клаузіуса, що визначає лінію співіснування двох фаз в координатах за термодинамічні параметри (питомі об'єми) фаз і теплоту переходу між фазами

Енергія Гіббза і напрям ходу реакції Редагувати

У хімічних процесах одночасно діють два протилежні фактори — ентропійний () і ентальпійний (). Сумарний ефект цих протилежних факторів у процесах, що перебігають при постійному тиску і температурі, визначає зміна енергії Гіббза ():

З цього виразу випливає, що , тобто деяка кількість теплоти витрачається на збільшенні ентропії (), ця частина енергії втрачена для здійснення корисної роботи, її часто називають зв'язаною енергією. Інша частина теплоти () може бути використана для здійснення роботи, тому енергію Ґіббса часто називають також вільною енергією.

Характер зміни енергії Гіббза дозволяє судити про принципову можливість здійснення процесу. При процес може перебігати самовільно, при процес самовільно перебігати не може, але може під дією зовнішніх сил (іншими словами, якщо енергія Гіббза в початковому стані системи більше, ніж в кінцевому, то процес принципово може перебігати самовільно, якщо навпаки — то не може). Якщо , то система перебуває в стані хімічної рівноваги.

Зверніть увагу, що мова йде виключно про принципову можливість перебігу реакції. У реальних же умовах реакція може не початися і при дотриманні нерівності (за кінетичними причинами). Так, приміром, гримучий газ може існувати без зовнішнього втручання довільно довго, але при ініціюванні реакції вона перебігає самовільно і супроводжується виділенням великої кількості енергії.

Існує корисне співвідношення, що зв'язує зміну вільної енергії Гіббза у ході хімічної реакції з її константою рівноваги :

Взагалі кажучи, будь-яка реакція може бути розглянута як оборотна (навіть якщо на практиці вона такою не є). При цьому константа рівноваги визначається як

де  — константа швидкості прямої реакції,  — константа швидкості зворотної реакції.

Діаграма енергії Гіббса Редагувати

англ. Gibbs energy diagram

Діаграма, що показує відношення між стандартними енергіями реактантів, перехідних станів, реакційних інтермедіатів та продуктів у тій послідовності, як вони виникають у хімічній реакції. Ці точки часто з'єднують гладкою кривою (її називають профілем енергії Гіббса), але експериментально можуть бути встановлені лише значення в точках екстремумів — максимумах та мінімумах, а не в проміжках між ними. По абсцисі відображено лише послідовність — реактанти, інтермедіати, продукти. Найвища точка на такій діаграмі не обов'язково відповідає перехідному станові швидкість лімітуючого етапу.

Гіббсова енергія відштовхування Редагувати

Величина (Gr), що визначається за рівнянням: Gr = [ ∫Fdl]T, p,

де F — сила, l — віддаль, інтеграл береться від віддалі l до незкінченності.

Див. також Редагувати

Джерела Редагувати

  • Ахметов Н. С. Актуальные вопросы курса неорганической химии. — М.: Просвещение, 1991. — 495 с. — ISBN 5-09-002630-0.
  • Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Vi lna ene rgiya Gi bbsa abo prosto ene rgiya Gi bbsa abo potencia l Gi bbsa abo termodinami chnij potencia l u vuzkomu znachenni ce termodinamichnij potencial takogo viglyadu G U P V T S displaystyle G U PV TS Energiyu Gibbsa mozhna rozumiti yak povnu himichnu energiyu sistemi kristala ridini tosho Ponyattya energiyi Gibbsa shiroko vikoristovuyetsya v termodinamici ta himiyi Zmist 1 Viznachennya 2 Istorichna dovidka 3 Zastosuvannya u himiyi 3 1 Zv yazok z himichnim potencialom 3 2 Energiya Gibbza i napryam hodu reakciyi 3 3 Diagrama energiyi Gibbsa 4 Gibbsova energiya vidshtovhuvannya 5 Div takozh 6 DzherelaViznachennya RedaguvatiKlasichnim viznachennyam energiyi Gibbsa ye viraz G U P V T S displaystyle G U PV TS nbsp de U displaystyle U nbsp vnutrishnya energiya P displaystyle P nbsp tisk V displaystyle V nbsp ob yem T displaystyle T nbsp absolyutna temperatura S displaystyle S nbsp entropiya Diferencial energiyi Gibbza dlya sistemi z postijnim chislom chastinok virazhenij u vlasnih zminnih cherez tisk p i temperaturu T d G S d T V d P displaystyle dG S dT V dP nbsp Dlya sistemi iz zminnim chislom chastinok cej diferencial zapisuyetsya tak d G S d T V d P m d N displaystyle dG S dT V dP mu dN nbsp Tut m displaystyle mu nbsp himichnij potencial yakij mozhna viznachiti yak energiyu yaku neobhidno zatratiti shob dodati v sistemu she odnu chastku Istorichna dovidka RedaguvatiEnergiya Gibbza nazvana na chest odnogo iz zasnovnikiv termodinamiki Dzhozaya Villarda Gibbsa Zastosuvannya u himiyi RedaguvatiZv yazok z himichnim potencialom Redaguvati Vikoristovuyuchi vlastivosti ekstensivnosti termodinamichnih potencialiv matematichnim naslidkom yakih ye spivvidnoshennya Gibbza Dyugema mozhna pokazati sho himichnij potencial ye vidnoshennyam energiyi Gibbza do chisla chastinok v sistemi m G N displaystyle mu frac G N nbsp Yaksho sistema skladayetsya z chastinok dekilkoh sortiv i displaystyle i nbsp z chislom N i displaystyle N i nbsp chastinok kozhnogo sortu to spivvidnoshennya Gibbza Dyugema privodyat do virazu G p T N 1 m 1 N 1 m 2 N 2 displaystyle G p T N 1 dots mu 1 N 1 mu 2 N 2 dots nbsp Himichnij potencial zastosovuyetsya pri analizi sistem zi zminnim chislom chastinok a takozh pri vivchenni fazovih perehodiv Tak vihodyachi z spivvidnoshen Gibbza Dyugema i z umov rivnosti himichnih potencialiv m 1 m 2 displaystyle mu 1 mu 2 nbsp sho znahodyatsya v rivnovazi odin z odnim mozhna oderzhati rivnyannya Klapejrona Klauziusa sho viznachaye liniyu spivisnuvannya dvoh faz v koordinatah p T displaystyle p T nbsp za termodinamichni parametri pitomi ob yemi faz i teplotu perehodu mizh fazami Energiya Gibbza i napryam hodu reakciyi Redaguvati U himichnih procesah odnochasno diyut dva protilezhni faktori entropijnij T D S displaystyle T Delta S nbsp i entalpijnij D H displaystyle Delta H nbsp Sumarnij efekt cih protilezhnih faktoriv u procesah sho perebigayut pri postijnomu tisku i temperaturi viznachaye zmina energiyi Gibbza G displaystyle G nbsp D G D H T D S displaystyle Delta G Delta H T Delta S nbsp Z cogo virazu viplivaye sho D H D G T D S displaystyle Delta H Delta G T Delta S nbsp tobto deyaka kilkist teploti vitrachayetsya na zbilshenni entropiyi T D S displaystyle T Delta S nbsp cya chastina energiyi vtrachena dlya zdijsnennya korisnoyi roboti yiyi chasto nazivayut zv yazanoyu energiyeyu Insha chastina teploti D G displaystyle Delta G nbsp mozhe buti vikoristana dlya zdijsnennya roboti tomu energiyu Gibbsa chasto nazivayut takozh vilnoyu energiyeyu Harakter zmini energiyi Gibbza dozvolyaye suditi pro principovu mozhlivist zdijsnennya procesu Pri D G lt 0 displaystyle Delta G lt 0 nbsp proces mozhe perebigati samovilno pri D G gt 0 displaystyle Delta G gt 0 nbsp proces samovilno perebigati ne mozhe ale mozhe pid diyeyu zovnishnih sil inshimi slovami yaksho energiya Gibbza v pochatkovomu stani sistemi bilshe nizh v kincevomu to proces principovo mozhe perebigati samovilno yaksho navpaki to ne mozhe Yaksho D G 0 displaystyle Delta G 0 nbsp to sistema perebuvaye v stani himichnoyi rivnovagi Zvernit uvagu sho mova jde viklyuchno pro principovu mozhlivist perebigu reakciyi U realnih zhe umovah reakciya mozhe ne pochatisya i pri dotrimanni nerivnosti D G lt 0 displaystyle Delta G lt 0 nbsp za kinetichnimi prichinami Tak primirom grimuchij gaz mozhe isnuvati bez zovnishnogo vtruchannya dovilno dovgo ale pri iniciyuvanni reakciyi vona perebigaye samovilno i suprovodzhuyetsya vidilennyam velikoyi kilkosti energiyi Isnuye korisne spivvidnoshennya sho zv yazuye zminu vilnoyi energiyi Gibbza D G displaystyle Delta G nbsp u hodi himichnoyi reakciyi z yiyi konstantoyu rivnovagi K displaystyle K nbsp D G R T ln K displaystyle Delta G RT cdot ln K nbsp Vzagali kazhuchi bud yaka reakciya mozhe buti rozglyanuta yak oborotna navit yaksho na praktici vona takoyu ne ye Pri comu konstanta rivnovagi viznachayetsya yak K k 1 k 1 displaystyle K frac k 1 k 1 nbsp de k 1 displaystyle k 1 nbsp konstanta shvidkosti pryamoyi reakciyi k 1 displaystyle k 1 nbsp konstanta shvidkosti zvorotnoyi reakciyi Diagrama energiyi Gibbsa Redaguvati angl Gibbs energy diagramDiagrama sho pokazuye vidnoshennya mizh standartnimi energiyami reaktantiv perehidnih staniv reakcijnih intermediativ ta produktiv u tij poslidovnosti yak voni vinikayut u himichnij reakciyi Ci tochki chasto z yednuyut gladkoyu krivoyu yiyi nazivayut profilem energiyi Gibbsa ale eksperimentalno mozhut buti vstanovleni lishe znachennya v tochkah ekstremumiv maksimumah ta minimumah a ne v promizhkah mizh nimi Po abscisi vidobrazheno lishe poslidovnist reaktanti intermediati produkti Najvisha tochka na takij diagrami ne obov yazkovo vidpovidaye perehidnomu stanovi shvidkist limituyuchogo etapu Gibbsova energiya vidshtovhuvannya RedaguvatiVelichina Gr sho viznachayetsya za rivnyannyam Gr Fdl T p de F sila l viddal integral beretsya vid viddali l do nezkinchennosti Div takozh RedaguvatiEntropiya Gibbsa Vilna energiya aktivaciyi Diagrama Ellingama Poverhneve napruzhennyaDzherela RedaguvatiAhmetov N S Aktualnye voprosy kursa neorganicheskoj himii M Prosveshenie 1991 495 s ISBN 5 09 002630 0 Glosarij terminiv z himiyi J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Doneck Veber 2008 758 s ISBN 978 966 335 206 0 Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Vilna energiya Gibbza amp oldid 39731635