Физический смысл энергии Гиббса

Изменение свободной энергии равно максимально полезной работе, которую совершает система в изобарно-изотермическом процессе.

По энергии Гиббса мы можем определить самопроизвольность протекания реакции:

∆G>0 (не самопроиз-ый)

∆G=0(равновесный)

∆G<0(самопроиз-ый)

Самопроизвольность протекания реакций (2-ой закон термодинамики)

Самопроизвольным называют процесс, который протекает самопроизвольно без воздействия внешних факторов. Сущ. еще 1 функция сост.-я энтропия, которая показывает самопроизвольность протекания реакций

1850г. Клазиус - теплота не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому. Обратный процесс можно получить, только оказав внешнее воздействие.

1896г. Больцман - в изолированной системе самопроизвольно протекают только те процессы, которые сопровождаются увеличением энтропии т.е.:∆S>0 (самопроиз-ый)

∆S=0(равновесный)

∆S<0(не самопроиз-ый)

Больцман вывел систему связывающую:

S=klnW, где S – энтропия, k – постоянная Больцмана, W – число микроскопических состояний системы (термодин. вероятность).

Энтропия показывает меру хаоса, т.е. неупорядочность системы.

16. Энтропия как мера термодинамической необратимости процесса. Второй закон термодинамики. Мерой неупорядоченности состояния системы служит термодинамическая функция, получившая название энтропии.

Состояние системы можно характеризовать микросостояниями составляющих ее частиц, т.е. их мгновенными координатами и ско­ростями различных видов движения в различных направлениях. Чис­ло микросостояний системы называется термодинамической вероятностью системы W. Так как число частиц в системе огромно (например, в 1 моль имеется 6,02-10²³ частиц), то термодинамическая вероятность системы выражается огромными числами. Поэтому пользуются логарифмом термодинамической вероятности In W. Величина, равная RlnW = S, называется энтропией системы. отнесенной к одному молю вещества. Как и молярная постоянная R, энтропия имеет единицу измерения Дж/(моль-К). Энтропия вещества в стандартном состоянии называется стандартной энтропией S⁰. В справочниках обычно приводится стандартная энтропия S{0}<298> при 298,15 К

В отличие от других термодиамических функций, можно определить не только изменение, но и абсолютное значение энтропии.Это вытекает из высказанного в 1911г. М. Планком постулата, согласно которому "при абсолютном нуле энтропия идеального кристалла равна нулю". Этот постулат получил название третьего закона термодинамики. По мере повышения температуры растет скорость различных видов движений частиц, т.е. число микросостояний и соответственно термодинамическая вероятность и энтропия вещества . При переходе вещества из твердого состояния в жидкое значительно увеличивается энтропия(∆S_пл). особенно резко растет энтропия при переходе вещества из жидкого состояния в газообразное(∆S_кип). Также энтропия увеличивается при переходе вещества из кристаллического состояния в аморфное. Изменение энтропии системы в результате х.р. (∆S) (энтропия реакции) равно сумме энтропий продуктов реакций за вычетом энтропий исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов..

Второй закон термодинамики имеет несколько формулировок. Для систем, которые не обмениваются с окружающей средой ни энергией, ни веществом (изолированные системы), второй закон термодинамики имеет следующую формулировку: в изолированных системах самопроизвольно идут только такие процессы, которые сопровождаются возрастанием энтропии:. ∆S> 0.

Второй закон термодинамики имеет статистический характер, т.е. справедлив лишь для систем, состоящих из очень большого числа частиц.

Системы, в которых протекают химические реакции, не бывают изолированными, так как они сопровождаются изменением внутрен­ней энергии системы (тепловым эффектом реакции), т.е. система об­менивается энергией с окружающей средой. Химические реакции мо­гут протекать самопроизвольно и без возрастания энтропии, но при этом увеличивается энтропия окружающей среды. Например, хими­ческие реакции в организме любого существа сопровождаются уменьшением энтропии (происходит упорядочение системы). Однако организм получает энергию из окружающей среды (пища, воздух). Получение пищевых продуктов сопровождается возрастанием энтро­пии окружающей среды, т.е. жизнь каждого существа связана с воз­растанием энтропии.

Однако, если в системе протекает химическая реакция, то система обменивается энергией с окружающей средой, т.е. не является изоли­рованной. Химические реакции обычно сопровождаются изменением Как энтропии, так и энтальпии.

Химическая кинетика. Закон действующих масс гомогенных и гетерогенных систем. Скорость прямой и обратной реакции. Константа скорости химической реакции. Порядок и молекулярность реакции.

Химическая кинетика- это раздел химии, изучающий скорости хим. реакций. Основной задачей хим. кинетики явл. управление хим. процессом с целью обеспечения большой скорости и максимального высокого выхода целевого продукта. Все хим. реакции имеют сложный механизм.

Механизм реакции – это последовательность протекания промежуточных стадий реакций в результате которой происходит образование конечных веществ.

Лимитирующая реакция – это самая медленная стадия (реакция).

Закон действующих масс:При постоянной температуре скорость хим. реакции пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ, взятых в степенях их стехиометрических коэффициентов.

аА + вВ ↔ сС + dD

υ_прям=k[A]^a[B]^b n=a+b

υ_обр= k[C]^c[D]^d n=c+d

[] – концентрация, a,b – коэф. при соотв. значении молекул.

k – прямой и обратной реакции – константа пропорциональности и наз. она константой скорости хим. реакции.КС хим. реакциичисленно равна скорости реакции при концентрации реагирующих веществ равных 1 моль/литр, т.е. КС равна удельной скорости реакции.

Скорость хим. реакций– это число элементарных актов, происходящих в единицу времени в единицу объема (гомо) или на единицу поверхности (гетеро).

аА + вВ ↔ сС + dD

Реакции, протекающие слева направо и отражающие процесс взаимодействия исходных веществ наз. прямой реакцией. Реакции идущие в обратном направлении наз. обратной.

Скорость гомогенной реакции определяется как изменение концентрации любого вещества в единицу времени.

v_гом=C₂-C₁/t₂-t₁=+ - ∆C/∆t

Знак «-» показывает, что происходит уменьшение исх. веществ.

«-» - прямая реакция;

«+» - обратная реакция, показывающая увеличение продуктов реакции

v=+ - dC/dt – истинная скорость хим. реакции.

Скорость гетерогенной реакцииопределенна количеством вещества вступившего в реакцию или получившегося в результате реакции за единицу времени на единицу поверхности раздела.

v_гом=C₂-C₁/t₂-t₁=+ - ∆Cs/∆t; v=+ - dCs/dt

Порядок реакцииэто сумма показателей степеней концентраций реагентов в кинетическом уравнении реакции.

Молекулярность реакции – это число молекул одновременно взаимодействие, которых осуществляется в элементарный акт хим. превращения. Существуют мономолекулярные реакции – это реакции, в которых акт хим. превращения представляет собой хим. превращение 1 молекулы (р-ции диссоциации), Бимолекулярные реакции – это реакции в которых элементарный акт осущ. при столкновении 2 молекул. И редко Тримолекулярные реакции – столкновение 3 молекул.