Енергія Гельмгольца хімічної реакції дорівнює різниці між сумами енергій Гельмгольца продуктів реакції і енергій Гельмгольца вихідних речовин, з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів.
DFх.р. = SDF 0 прод. - SDF 0 ісх.в-в. з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів.
Для ізобарно-ізотермічних умов I-ий закон термодинаміки можна записати в вигляді: QP = DU + рdV; т.е.теплота при ізобарно-ізотермічних умовах дорівнює зміні ентальпії QP = DU + pDV = DH (за умови, що не здійснюється жодної іншої роботи, як проти тиску). Об'єднуючи нерівність D S ³ QP / T (вираз II закону термодинаміки), отримаємо вигляд: D Н - ТDS £ 0. Якщо вираз DН - ТDS позначити через нову термодинамічну функцію стану - вільну енергію Гіббса, DG:
отже II -е початок термодинаміки, стосовно ізобарно-ізотермічним процесам можна записати так: DG £ 0. G - енергія Гіббса, є також як і енергія Гельмгольца лише балансом все тих же двох критеріїв мимовільного протікання процесів: виділення теплоти і зростання ентропії. Отже,
1. для ізобарно-ізотермічних умов DG є сумарним критерієм мимовільного протікання процесів DG = DН - ТDS (об'єднаний (I і II) закон термодинаміки).
2.Процесс, в яких DG убуває (DG<0) протекают самопроизвольно.
D G <0. химические процессы могут идти самопроизвольно;
DG = 0. хімічні процеси займають прикордонне (рівноважний) положення;
DG> 0. хімічні процеси самі проходити не можуть.
DG £ 0 DG £ 0
3. Енергія Гіббса DG є функцією стану системи, тому обчислити зміну енергії Гіббса хімічних реакцій можна по слідству із закону Гесса. Енергія Гіббса хімічних реакцій дорівнює різниці між сумами енергій Гіббса продуктів реакції і енергій Гіббса вихідних речовин, з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів.
DGх.р = SDG 0 прод. - S DG 0 ісх..в-в .. з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів.
DG 0 обр. (Х) - стандартна енергія Гіббса речовини Х при стандартних умовах і в певному агрегатному стані.
DG 0 сг. (Х) - стандартна енергія згоряння речовини - це DG реакції окислення до кінцевих оксидів 1 благаючи Х. Для простих речовин і елементів DG 0 обр. (Х) (як і DН 0 обр. (Х)) дорівнюють нулю.
Завдання: Спиртове бродіння відбувається за рівнянням реакції:
DG 0 обр. кДж / моль -915 -174 -394
DG 0 х.р. = 2 (-174) + 2 (-394) - (-915) = -221 кДж / моль
DН 0 х.р. цього процесу становить -79 кДж / моль. Отже, за рахунок ентропійного внеску здатність бродіння робити корисну роботу збільшується майже втричі. Це дуже важливо, тому що подібні процеси служать найважливішим джерелом енергії як у багатьох так званих анаеробних організмів, так і у тварин і людини при інтенсивній м'язовій навантаженні.
4. Функція G називається енергією, так як визначає працездатність відповідного процесу. А саме, DG чисельно рана корисної максимальної роботі. яка могла б бути здійснена в ході ізобарно-ізотермічного процесу.
1. Гомогенні і гетерогенні хімічні процеси.
2. Фактори, що впливають на швидкість хімічних реакцій.
2.1 природа реагуючих речовин;
2.2 концентрація (тиск). Закон дії мас.
2.3 температура. Правило Вант-Гоффа. Рівняння Арреніуса.
3. Хімічна рівновага. Константа рівноваги.
4. Зсув рівноваги. Принцип Ле-Шательє.
1. Фролов В.В. Хімія. Гл.V, §51-56.
2. Лучинський Г.П. Курс хімії. Гл.V, §8-12, гл. VI, §13-18
3. Ахметов Н.С. Загальна і неорганічна хімія. Розділ V, гл.3,4.
4. Загальна хімія під ред. Соколовської Е.М. та ін. гл.6, §1-11.
Хімічна термодинаміка вивчає можливість, напрямок і межі мимовільного протікання хімічних процесів. Однак механізм і швидкість процесів в хімічній термодинаміці не розглядаються. У той же час уявлення про швидкість хімічних реакцій і фактори, що впливають на неї, виключно важливо для управління хімічними процесами. Область хімії, що вивчає механізм хімічних реакцій і швидкість їх протікання, називається хімічною кінетикою.
Хімічні реакції можуть протікати з різними швидкостями. Одні з них протікають миттєво: 2H2 + O2 2H2 O. інші протікають протягом декількох секунд, хвилин: CuSO4 + 2NaOH Na2 SO4 + Cu (OH) 2, FeCl3 + 3NaOH 3NaCl + Fe (OH) 3.
Біологічні реакції можуть тривати роки, десятиліття, а перетворення деревини в вугілля відбувається протягом століть, тисячоліть. При вивченні швидкості хімічних реакцій необхідно розрізняти гомогенні і гетерогенні реакції.
Гомогенні реакції - це такі реакції, в яких вихідні речовини і продукти знаходяться в однакових агрегатних станах: газоподібному (г) або рідкому (ж), або твердому (т) і не мають між собою поверхні розділу.
Гетерогенні реакції - це такі реакції, в яких вихідні речовини і продукти реакції мають між собою поверхню розділу і знаходяться в різних агрегатних станах.
У хімічній кінетиці розрізняють миттєву (або справжню) швидкість і середню швидкість.
Миттєва швидкість хімічної реакції визначається першої похідної концентрації за часом.
мгн С - концентрація реагуючих речовин (моль / л);
t-час реакції, с.
Середня швидкість реакції дорівнює зміні концентрації (DС) реагуючих речовин за певний проміжок часу (Dt):
Розмірність швидкості реакції моль / л. с.
Швидкість гомогенної реакції визначається як кількість речовини (n) вступило в реакцію або утворився в результаті хімічної реакції за одиницю часу в одиниці об'єму:
; n - число молей беруть участь в реакції;
- молярна концентрація (моль / л).
Швидкість гетерогенної реакції - це кількість речовини вступило в реакцію або утворився в результаті її за одиницю часу на одиниці площі поверхні фази:
; - одиниця площі поверхні фази.
Фактори, що впливають на швидкість хімічної реакції: