Для обліку одночасного впливу ентальпійного (DН) і ентропійного факторів при постійних тиску і температурі використовують так звану енергію Гіббса (вільну енергію, uзобарно-uзоmерміческій потенціал):
де DG - зміна стандартної енергії Гіббса при температурі Т.
Розрахунок зміни стандартної енергії Гіббса зазвичай проводять по наближеному до рівняння:
Позначення. DG - зміна стандартної енергії Гіббса в реакції;
DG - зміна стандартної енергії Гіббса в реакції при температурі Т;
DG - стандартна енергія Гіббса утворення речовин і іонів з простих речовин. DG - зміна енергії Гіббса реакції утворення 1 моля речовини з простих речовин за умови, що всі учасники реакції знаходяться в стандартних станах.
Одиниці виміру DG - кДж / моль; DG - кДж.
Для розрахунку DG і процесу необхідно:
1) записати відповідний процес, вказавши агрегатні стани речовин, що беруть участь в реакції;
2) розставити стехіометричні коефіцієнти;
3) виписати з довідника величини стандартних теплот освіти і стандартних ентропій всіх що беруть участь в реакції речовин у відповідних агрегатних станах;
4) розрахувати значення D Н і DS реакцій, як зазначено вище, і, підставивши їх у рівняння DG = DН - 298 # 903; DS. знайти значення DG. Як і будь-яка термодинамічна функція, енергія Гіббса є функцією стану, тобто її значення не залежить від шляху протікання процесу, а лише від початкового і кінцевого станів системи. Тому енергію Гіббса хімічної реакції можна розрахувати як суму енергій Гіббса утворення продуктів реакції за вирахуванням суми енергій Гіббса утворення вихідних речовин з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів. Так як в таблицях наведені значення DG. то використовувати такий розрахунок можна лише для DG.
5) При розрахунку DG нехтують залежністю DН 0 і DS 0 від температури і розраховують DG по наближеному до рівняння
За величиною зміни енергії Гіббса в реакції можна судити про принципову термодинамічної можливості здійснення процесу. Процес термодинамічно неможливий як мимовільний при DG >> 0 (> 40 кДж). якщо DG <<0 (<–40 кДж), то процесс термодинамически возможен. Значения DG от –40 кДж до +40 кДж соответствуют обратимым процессам. При условии DG = 0 оба направления процесса равновероятны. Температура, при которой прямой и обратный процессы равновероятны, может быть определена в соответствии с формулой:
Енергія Гіббса хімічної реакції пов'язана з константою рівноваги реакції рівнянням
де R - універсальна газова стала, 8,31 Дж / (моль # 8729; К); KP - константа рівноваги реакції, виражена через парціальні тиску.
Якщо в цьому рівнянні перейти від натурального логарифма до десяткового і підставити постійну R, то отримаємо рівняння:
Отримане рівняння використовуються для обчислення константи рівноваги реакції і тиску розкладання речовин. Тиск розкладання речовини (Pразл) - це рівноважний тиск газоподібних продуктів оборотної реакції розкладання речовини. Наприклад, для реакцій
Приклад 2. Встановіть, чи можлива реакція взаємодії водяної пари з хлором
при 1000 К? Визначте температуру, при якій реакція стає термодинамічно можливою.
Для визначення термодинамічної можливості протікання реакції при 1000 К потрібно обчислити енергію Гіббса реакції при цій температурі. Її можна розрахувати за рівнянням, використовуючи значення ентальпії і ентропії реакції при стандартній температурі. Записуємо табличні значення теплот освіти і абсолютних стандартних ентропій вихідних речовин і продуктів реакції під формулами речовин в рівнянні реакції: