Значения стандартных свободных энтальпий образования веществ
Здесь ΔG0обр = Δφ0обр.
Человечество использует самопроизвольные реакции для получения работы. Допустим, сгорание топлива в тепловом двигателе используется для получения полезной работы. Мы заинтересованы в прямом развитии реакции окисления топлива и повышении скорости реакции. Сгорание зависит от условий проведения процесса горения – при постоянном объеме (как в ДВС) или при постоянном давлении как в воздушно-реактивных двигателях. Для того, чтобы иметь информацию, насколько успешно мы извлекаем работу из процессов на практике, надо знать, какое максимальное количество полезной работы можно будет получить в каждом процессе.
Термодинамика утверждает, что максимальная полезная работа, которая может быть получена пр помощи самопроизвольного поцесса, проводимого пр постоянных температуре и давлении, равна изменению свободной энтальпии в этом процессе.
Не трудно показать, что для реакций, протекающих при постоянных температуре и давлении, самопроизвольным является всякий процесс, в котором происходит уменьшение свободной энтальпии.
Учитывая, что при постоянном давлении изменение энтальпии равно:
Δi = ΔU - рdV ,
выразим свободную энтальпию в следующем виде
Δφ = ΔU + рΔV – TΔS или
Δφ = Q – W + рΔV - ТΔS
Учитывая, что при постоянном давлении (р = idеm) изучаемая химическая система и окружающая среда обмениваются механической энергией в количестве W = рΔV, последнее выражение можно записать:
Δφ= Q – рΔV + рΔV – ТΔS = Q – ТΔS (7.20)
Но величина ТΔS = Q, т.е. Δφ = 0
Таким образом, если химическая реакция протекает обратимо при постоянном давлении и температуре, то изменение свободной энтальпии равно 0.
Если химическая реакция протекает необратимо, то ΔS>Q/Т, или ТΔS>Q. В этом случае на основании выражения (7.19) можно записать, что Δφ<0.
Оба полученных результата можно объединить в один общий вывод:
- любая реакция, самопроизвольно протекающая при постоянных давлении и температуре, должна обязательно сопровождаться уменьшением свободной энтальпии Ф. Когда реакционная система достигает положения равновесия,величина свободной энтальпии Ф достигает миниума и больше не изменяется (Δφ = 0).
Такое поведение функции Ф графически показано на рис.7....
Рассмотрим реакцию:
Н2 + Сl2→2НСl
С помощью табличных данных, приведенных выше, составим следующую таблицу:
-
Н2
Сl
НСl
0,00
0,00
-92,30
0,00
0,00
-95,27
130,58
222,96
186,69
Изменение энтальпии реакции равно:
Δi = (2 моль)∙(-92,30) = -184,6 кДж/моль
Изменение энтропии реакции равно:
ΔS = (2моль)∙ 186,69 - [(1 моль)∙ 130,58 + (1 моль)∙222,96] =
= 373,38 – 353,54 = 19,84 Дж/ моль∙ К
На основании зависимости (7.19) запишем:
(2 моль)∙(-95,27)[кДж/моль] = -184,6 [кДж/моль] - 298∙19,84∙10-3 [кДж/моль]
-190,54 [кДж/моль] = -190,54 [кДж/моль]
Стандартная свободная энтальпия образования порядка = - 190,54 [кДж/моль] указывает на наличие очень большой движущей силы, способной привести к взрыву.
Для несамопроизвольных процессов изменение свободной энтальпии является мерой минимального количества работы, которую необходимо выполнить, чтобы вызвать протекание процесса. В действительности приходится затрачивать значительно большие количества работы из-за несовершенства способов, с помощью которых вызывают протекание самопоизвольных процессов.