ქიმიური რეაქციის g მნიშვნელობა ნორმას ახასიათებს. ქიმიური თერმოდინამიკა

ცხრილი 7. ზოგიერთი ნივთიერების სტანდარტული აბსოლუტური ენტროპიები S 0 298

მაგალითი Z.წარმოქმნის სტანდარტული სიცხეების (ცხრილი 5) და ნივთიერებების აბსოლუტური სტანდარტული ენტროპიების (ცხრილი 7) საფუძველზე გამოთვალეთ G რეაქცია მიმდინარეობს განტოლების მიხედვით

CO(g) + H 2 O (l) = CO3 (g) + H 2 (გ).

გამოსავალი. G° = H° - TS°; H და S არის მდგომარეობის ფუნქციები, შესაბამისად

სთ 0 სთ. = H 0 კონტ. - H 0 ref. ;

S 0 x. რ.

= S 0 გაგრძელ. - S 0 ref. . H 0 x. რ.

= (-393,51 + 0) - (-110,52 - 285,84) = +2,85 კჯ; S 0 x. რ.

= (213,65+130,59) -(197,91+69,94) =+76,39 = 0,07639 კჯ/(მოლ∙K); G 0

მაგალითი 4. = +2,85 – 298 - 0,07639 = -19,91 კჯ.

Fe 2 O 3-ის შემცირების რეაქცია წყალბადთან მიმდინარეობს განტოლების მიხედვით

Fe 2 O 3 (k) + ZN 2 (g) = 2Fe (k) + ZN 2 O (g); H= +96,61 კჯ. ს = შესაძლებელია თუ არა ეს რეაქცია სტანდარტულ პირობებში, თუ იცვლება ენტროპია 

გამოსავალი. 0,1387 კჯ/(მოლ. K)? რა ტემპერატურაზე დაიწყება Fe 2 Oz-ის შემცირება? გ° ჩვენ ვიანგარიშებთ 

რეაქციები:

G =H-TS= 96.61 - 298. 0,1387 = +55,28 კჯ.

ვინაიდან G > 0, რეაქცია შეუძლებელია სტანდარტულ პირობებში; პირიქით, ამ პირობებში ხდება რკინის დაჟანგვის (კოროზიის) საპირისპირო რეაქცია. ვიპოვოთ ტემპერატურა, რომლის დროსაც G = 0:
H = TS; T=

TO.

მაგალითი 5. გამოთვალეთ H 0, S 0, G 0, - განტოლების მიხედვით მიმდინარე რეაქცია.

Fe 2 Oz(k) + 3 C = 2 Fe + 3 CO.

შესაძლებელია თუ არა Fe 2 Oz-ის შემცირების რეაქცია ნახშირბადთან 500 და 1000 K ტემპერატურაზე?

გამოსავალი.სთ 0 სთ. და S 0 სთ. (1) და (2) მიმართებებიდან ვხვდებით:

H 0 სთ.= - [-822,10 + 30]= -331,56 + 822,10 = +490,54 კჯ;

ს 0 სთ.= (2 ∙ 27.2 +3 ∙ 197.91) - (89.96 + 3 ∙ 5.69) = 541.1 ჯ/(მოლ∙K).

გიბსის ენერგია შესაბამის ტემპერატურაზე აღმოჩენილია მიმართებიდან

G 500 = 490.54 – 500 = +219,99 კჯ;

∆G 1000 = 490,54 –1000 = -50,56 კჯ.

ვინაიდან G 500 > 0, და G 1000< 0, то восстановление Fе 2 Оз возможно при 1000 К и невозможно при 500 К.

ნებისმიერ ქიმიურ რეაქციას თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა ან შთანთქმა. ყველაზე ხშირად, ენერგია გამოიყოფა ან შეიწოვება სითბოს სახით (ნაკლებად ხშირად სინათლის ან მექანიკური ენერგიის სახით). ამ სითბოს გაზომვა შესაძლებელია. გაზომვის შედეგი გამოიხატება კილოჯოულებში (კჯ) ერთი მოლი რეაქანტისთვის ან (ნაკლებად ხშირად) რეაქციის პროდუქტის ერთი მოლისთვის. ამ რაოდენობას რეაქციის თერმული ეფექტი ეწოდება.

თერმული ეფექტი არის ქიმიური სისტემის მიერ გამოთავისუფლებული ან შთანთქმული სითბოს რაოდენობა, როდესაც მასში ხდება ქიმიური რეაქცია.

თერმული ეფექტი მითითებულია სიმბოლოებით Q ან DH (Q = -DH). მისი მნიშვნელობა შეესაბამება განსხვავებას რეაქციის საწყისი და საბოლოო მდგომარეობების ენერგიას შორის:

DH = H დასასრული - H ref. = E კონ. - E ref.

ხატები (დ), (ზ) მიუთითებს ნივთიერებების აირისებრ და თხევად მდგომარეობებზე. ასევე არსებობს აღნიშვნები (tv) ან (k) - მყარი, კრისტალური ნივთიერება, (aq) - წყალში გახსნილი ნივთიერება და ა.შ.

მნიშვნელოვანია ნივთიერების აგრეგაციის მდგომარეობის აღნიშვნა. მაგალითად, წყალბადის წვის რეაქციაში თავდაპირველად წყალი წარმოიქმნება ორთქლის სახით (აირური მდგომარეობა), რომლის კონდენსაციისას შეიძლება გამოთავისუფლდეს მეტი ენერგია. შესაბამისად, სითხის სახით წყლის ფორმირებისთვის, რეაქციის გაზომილი თერმული ეფექტი ოდნავ მეტი იქნება, ვიდრე მხოლოდ ორთქლის წარმოქმნისას, რადგან როდესაც ორთქლი კონდენსირდება, სითბოს კიდევ ერთი ნაწილი გამოიყოფა.

ასევე გამოიყენება რეაქციის თერმული ეფექტის განსაკუთრებული შემთხვევა - წვის სითბო. თავად სახელიდან ირკვევა, რომ წვის სითბო ემსახურება საწვავად გამოყენებული ნივთიერების დახასიათებას. წვის სითბოს მოიხსენიებენ ნივთიერების 1 მოლი, რომელიც არის საწვავი (შემმცირებელი აგენტი ჟანგვის რეაქციაში), მაგალითად:

მოლეკულებში შენახული ენერგია (E) შეიძლება გამოისახოს ენერგეტიკული მასშტაბით. ამ შემთხვევაში, რეაქციის თერმული ეფექტი (E) შეიძლება იყოს ნაჩვენები გრაფიკულად

ეს კანონი ჰესმა აღმოაჩინა 1840 წელს მრავალი ექსპერიმენტული მონაცემების სინთეზის საფუძველზე.

7.ენტროპია. გიბსის თავისუფალი ენერგია. ქიმიური პროცესის მიმართულების თერმოდინამიკური კრიტერიუმი.

ენტროპიაარის ნივთიერების ხელმისაწვდომი ენერგიის შემცირება ენერგიის გადაცემის შედეგად. თერმოდინამიკის პირველი კანონი ამბობს, რომ ენერგიის შექმნა ან განადგურება შეუძლებელია. ამრიგად, სამყაროში ენერგიის რაოდენობა ყოველთვის იგივეა, რაც იყო მისი შექმნისას. თერმოდინამიკის მეორე კანონი ამბობს, რომ არცერთი რეალური (შეუქცევადი) პროცესის ეფექტურობა არ შეიძლება იყოს 100% ენერგიის სამუშაოდ გადაქცევისას.

სადაც Δ ს- ენტროპიის ცვლილება, Δ ქ- სითბოს ცვლილება, თ- აბსოლუტური თერმოდინამიკური ტემპერატურა.

შესაბამისად, ენერგიის რაოდენობა, რომელიც უნდა გარდაიქმნას სამუშაოდ ან სითბოში, დროთა განმავლობაში მუდმივად მცირდება, რადგან სითბო სპონტანურად გადადის თბილი რეგიონიდან ცივ რეგიონში.

გიბის ენერგია და რეაქციის მიმართულება

ქიმიურ პროცესებში ერთდროულად მოქმედებს ორი საპირისპირო ფაქტორი - ენტროპიული() და ენთალპიკური(). ამ საპირისპირო ფაქტორების მთლიანი ეფექტი მუდმივ წნევასა და ტემპერატურაზე მიმდინარე პროცესებში განსაზღვრავს ცვლილებას გიბსის ენერგია():

ამ გამოთქმიდან გამომდინარეობს, რომ, ანუ სითბოს გარკვეული რაოდენობა იხარჯება ენტროპიის გაზრდაზე (), ენერგიის ეს ნაწილი იკარგება სასარგებლო სამუშაოს შესასრულებლად (გარემოში სითბოს სახით იშლება), მას ხშირად უწოდებენ. შეკრული ენერგია. სითბოს () სხვა ნაწილი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სამუშაოს შესასრულებლად, რის გამოც გიბსის ენერგიას ხშირად თავისუფალ ენერგიასაც უწოდებენ.

გიბსის ენერგიის ცვლილების ბუნება საშუალებას გვაძლევს ვიმსჯელოთ პროცესის განხორციელების ფუნდამენტურ შესაძლებლობებზე. როდესაც პროცესი შეიძლება გაგრძელდეს, როდესაც პროცესი ვერ გაგრძელდება (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ სისტემის საწყის მდგომარეობაში გიბსის ენერგია მეტია, ვიდრე საბოლოო მდგომარეობაში, მაშინ პროცესი შეიძლება ფუნდამენტურად გაგრძელდეს, თუ პირიქით, არ შეიძლება). თუ, მაშინ სისტემა ქიმიურ წონასწორობაშია.

გიბსის თავისუფალი ენერგია(ან უბრალოდ გიბსის ენერგია, ან გიბსის პოტენციალი, ან თერმოდინამიკური პოტენციალივიწრო გაგებით) არის სიდიდე, რომელიც აჩვენებს ენერგიის ცვლილებას ქიმიური რეაქციის დროს და ამით პასუხობს კითხვაზე ქიმიური რეაქციის წარმოშობის ფუნდამენტური შესაძლებლობის შესახებ; ეს არის შემდეგი ფორმის თერმოდინამიკური პოტენციალი:

გიბსის ენერგია შეიძლება გავიგოთ, როგორც სისტემის მთლიანი ქიმიური ენერგია (კრისტალი, თხევადი და ა.შ.)

გიბსის ენერგიის კონცეფცია ფართოდ გამოიყენება თერმოდინამიკასა და ქიმიაში.

იზობარულ-იზოთერმული პროცესის სპონტანური წარმოშობა განისაზღვრება ორი ფაქტორით: ენთალპია, რომელიც დაკავშირებულია სისტემის ენთალპიის შემცირებასთან (ΔH) და ენტროპია T ΔS, სისტემაში არეულობის გაზრდის გამო. მისი ენტროპია. განსხვავება ამ თერმოდინამიკურ ფაქტორებს შორის არის სისტემის მდგომარეობის ფუნქცია, რომელსაც ეწოდება იზობარულ-იზოთერმული პოტენციალი ან გიბსის თავისუფალი ენერგია (G, kJ).

გიბსის ენერგიის კლასიკური განმარტება არის გამოხატულება

სადაც არის შიდა ენერგია, არის წნევა, არის მოცულობა, არის აბსოლუტური ტემპერატურა, არის ენტროპია.

გიბის დიფერენციალური ენერგია ნაწილაკების მუდმივი რაოდენობის მქონე სისტემისთვის, გამოხატული საკუთრივ ცვლადებში - წნევა და ტემპერატურა T:

ნაწილაკების ცვლადი რაოდენობის მქონე სისტემისთვის, ეს დიფერენციალი იწერება შემდეგნაირად:

აქ არის ქიმიური პოტენციალი, რომელიც შეიძლება განისაზღვროს, როგორც ენერგია, რომელიც უნდა დაიხარჯოს სისტემაში კიდევ ერთი ნაწილაკის დასამატებლად.

იზობარულ-იზოთერმული პროცესის სპონტანური წარმოშობა განისაზღვრება ორი ფაქტორით: ენთალპია, რომელიც დაკავშირებულია სისტემის ენთალპიის დაქვეითებასთან (Δ ჰ) და ენტროპია თΔ ს, გამოწვეული სისტემაში უწესრიგობის ზრდით მისი ენტროპიის გაზრდის გამო. განსხვავება ამ თერმოდინამიკურ ფაქტორებს შორის არის სისტემის მდგომარეობის ფუნქცია, რომელსაც ეწოდება იზობარულ-იზოთერმული პოტენციალი ან გიბსის თავისუფალი ენერგია. გ, კჯ):

Δ გ G = 0, რომლის დროსაც ხდება შექცევადი პროცესის წონასწორობის მდგომარეობა; Δ გ> 0 მიუთითებს, რომ პროცესი თერმოდინამიკურად აკრძალულია (ნახ. 4.4).

დაწერილი განტოლება (4.2) Δ სახით ჰ = Δ გ + თΔ ს, ჩვენ აღმოვაჩენთ, რომ რეაქციის ენთალპია მოიცავს თავისუფალ გიბსის ენერგიას და "არათავისუფალ" ენერგიას Δ. ს · თ. გიბსის ენერგია, რომელიც წარმოადგენს იზობარის შემცირებას ( პ= const) პოტენციალი, უდრის მაქსიმალურ სასარგებლო სამუშაოს. ქიმიური პროცესის პროგრესირებასთან ერთად მცირდება, Δ გწონასწორობის მომენტში აღწევს მინიმუმს (Δ გ= 0). მეორე ტერმინი Δ ს · თ(ენტროპიის ფაქტორი) წარმოადგენს სისტემის ენერგიის იმ ნაწილს, რომელიც მოცემულ ტემპერატურაზე არ შეიძლება გარდაიქმნას სამუშაოდ. ეს შეკრული ენერგია შეიძლება მხოლოდ სითბოს სახით გაიფანტოს გარემოში (სისტემის ქაოტურობის გაზრდა).

ასე რომ, ქიმიურ პროცესებში სისტემის ენერგიის რეზერვი (ენთალპიის ფაქტორი) და მისი არეულობის ხარისხი (ენტროპიის ფაქტორი, ენერგია, რომელიც არ მუშაობს) ერთდროულად იცვლება.

განტოლების (4.2) ანალიზი საშუალებას გვაძლევს დავადგინოთ, რომელი ფაქტორებია, რომლებიც ქმნიან გიბსის ენერგიას, პასუხისმგებელია ქიმიური რეაქციის მიმართულებაზე, ენთალპიაზე (Δ ჰ) ან ენტროპია (Δ ს · თ).

• თუ Δ ჰ S > 0, შემდეგ ყოველთვის Δ გ
• თუ Δ ჰ> 0 და Δ ს G > 0 და სითბოს შთანთქმის და ენტროპიის შემცირებით რეაქცია შეუძლებელია ნებისმიერ პირობებში.
• სხვა შემთხვევებში (Δ ჰ S H > 0, Δ ს> 0) ნიშანი Δ გდამოკიდებულია Δ შეფარდებაზე ჰდა თΔ ს. რეაქცია შესაძლებელია, თუ მას თან ახლავს იზობარული პოტენციალის შემცირება; ოთახის ტემპერატურაზე, როდესაც ღირებულება თმცირე ღირებულება თΔ სასევე მცირეა და, როგორც წესი, ენთალპიის ცვლილება უფრო დიდია თΔ ს. ამიტომ, უმეტესი რეაქცია, რომელიც ხდება ოთახის ტემპერატურაზე, ეგზოთერმულია. რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით მეტი თΔ სდა ენდოთერმული რეაქციებიც კი შესაძლებელი ხდება.

მოდით ილუსტრაციულად ვაჩვენოთ ეს ოთხი შემთხვევა შესაბამისი რეაქციებით:

Δ-ის ნიშნის შესაფასებლად გრეაქცია მნიშვნელოვანია იცოდეთ Δ-ის მნიშვნელობები ჰდა Δ სყველაზე ტიპიური პროცესები. Δ ჰრთული ნივთიერებების წარმოქმნა და Δ ჰრეაქციები 80-800 kJ∙ დიაპაზონშია. წვის რეაქციის ენთალპია ყოველთვის უარყოფითია და შეადგენს ათასობით kJ∙. ფაზური გადასვლების ენთალპიები ჩვეულებრივ ნაკლებია წარმოქმნისა და ქიმიური რეაქციის ენთალპიებზე Δ - ათობით kJ∙, Δ და Δ უდრის 5–25 kJ∙.

დამოკიდებულება Δ ჰტემპერატურაზე გამოიხატება Δ მიმართებით H T = Δ ჰ ° + Δ C გვ · Δ თ, სადაც Δ C გვ- სისტემის სითბოს სიმძლავრის ცვლილება. თუ ტემპერატურულ დიაპაზონში 298 K – T რეაგენტები არ განიცდიან ფაზურ გარდაქმნებს, მაშინ Δ C გვ= 0 და გამოთვლებისთვის შეგიძლიათ გამოიყენოთ Δ-ის მნიშვნელობები ჰ °.

ცალკეული ნივთიერებების ენტროპია ყოველთვის ნულზე მეტია და მერყეობს ათეულიდან ასობით J∙mol-1K-1-მდე (ცხრილი 4.1). ნიშანი Δ გგანსაზღვრავს რეალური პროცესის მიმართულებას. თუმცა, პროცესის მიზანშეწონილობის შესაფასებლად, ჩვეულებრივ გამოიყენება Gibbs-ის სტანდარტული ენერგიის Δ მნიშვნელობები გ°. მნიშვნელობა Δ გ° არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ალბათობის კრიტერიუმი ენდოთერმულ პროცესებში ენტროპიის მნიშვნელოვანი ზრდით (ფაზური გადასვლები, თერმული დაშლის რეაქციები აირისებრი ნივთიერებების წარმოქმნით და ა.შ.). ასეთი პროცესები შეიძლება განხორციელდეს ენტროპიის ფაქტორის გამო

ამოცანები და ტესტები თემაზე "ქიმიური თერმოდინამიკა. გიბსის ენერგია"

• ქიმიური ელემენტები. ქიმიური ელემენტის ნიშნები - საწყისი ქიმიური ცნებები და თეორიული ცნებები, კლასები 8–9

  გაკვეთილი: 3 დავალება: 9 ტესტი: 1

ᲒᲔᲒᲛᲐ

შესავალი 2

GIBBS ENERGY 3

დასკვნა 14

ლიტერატურა 15

შესავალი

ჩემს აბსტრაქტში ვისაუბრებ გიბსის ენერგიაზე.

გიბს ჯოსია უილარდი (1839-1903), ამერიკელი ფიზიკოსი, თერმოდინამიკისა და სტატისტიკური მექანიკის ერთ-ერთი ფუძემდებელი. მან შეიმუშავა თერმოდინამიკური პოტენციალების თეორია, აღმოაჩინა ჰეტეროგენული სისტემების წონასწორობის ზოგადი პირობა - ფაზის წესი, გამოიყვანა გიბს-ჰელმჰოლცის, გიბს-დუჰემის განტოლებები და გიბსის ადსორბციის განტოლება. დაადგინა სტატისტიკური ფიზიკის ფუნდამენტური კანონი - გიბსის განაწილება. მან შემოგვთავაზა სამკომპონენტიანი სისტემის მდგომარეობის გრაფიკული წარმოდგენა (გიბსის სამკუთხედი). საფუძველი ჩაუყარა ზედაპირული ფენომენებისა და ელექტროქიმიური პროცესების თერმოდინამიკას. გააცნო ადსორბციის ცნება.

GIBBS ENERGY

ჩემი მუშაობის დასაწყისში, ვფიქრობ, აუცილებელია გიბსის თეორიის ძირითადი ცნებების გაცნობა.

გიბსის ფაზის წესი თერმოდინამიკაში: ფაზების რაოდენობა, რომლებიც თანაარსებობენ წონასწორობაში, არ შეიძლება იყოს ამ ფაზების შემქმნელი კომპონენტების რაოდენობაზე მეტი, როგორც წესი, 2. დაადგინა ჯ. გიბსმა 1873-76 წლებში.

GIBBS ENERGY (იზობარულ-იზოთერმული პოტენციალი, თავისუფალი ენთალპია), თერმოდინამიკური სისტემის ერთ-ერთი პოტენციალი. დანიშნულია გ, განისაზღვრება ენთალპიას შორის სხვაობით ჰდა ენტროპიის პროდუქტი სთერმოდინამიკური ტემპერატურამდე თ: გ = ჰ - T·S. იზოთერმული წონასწორობის პროცესი გარე ძალების დახარჯვის გარეშე შეიძლება სპონტანურად წარიმართოს მხოლოდ გიბსის ენერგიის შემცირების მიმართულებით, სანამ არ მიაღწევს თავის მინიმუმს, რაც შეესაბამება სისტემის თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობას. სახელწოდებით J.W. Gibbs.

თერმოდინამიკური პოტენციალი, მოცულობის, წნევის, ტემპერატურის, ენტროპიის, ნაწილაკების რაოდენობის და თერმოდინამიკური სისტემის მდგომარეობის დამახასიათებელი სხვა დამოუკიდებელი მაკროსკოპული პარამეტრების ფუნქციები. თერმოდინამიკური პოტენციალი მოიცავს შიდა ენერგიას, ენთალპიას, იზოქორიულ-იზოთერმულ პოტენციალს (ჰელმჰოლცის ენერგია), იზობარულ-იზოთერმულ პოტენციალს (გიბსის ენერგია). ნებისმიერი თერმოდინამიკური პოტენციალის ცოდნა, როგორც პარამეტრების სრული ნაკრების ფუნქცია, შესაძლებელია სისტემის ნებისმიერი მაკროსკოპული მახასიათებლის გამოთვლა და მასში მიმდინარე პროცესების გამოთვლა.

GIBBS DISTRIBUTION კანონიკური, მუდმივი მოცულობითა და ნაწილაკების მუდმივი რაოდენობის მქონე მაკროსკოპული სისტემის სხვადასხვა მდგომარეობის ალბათობის განაწილება, რომელიც წონასწორობაშია მოცემული ტემპერატურის გარემოსთან; თუ სისტემას შეუძლია ნაწილაკების გაცვლა გარემოსთან, მაშინ გიბსის განაწილებას ეწოდება დიდი კანონიკური. იზოლირებული სისტემისთვის მოქმედებს გიბის მიკროკანონიკური განაწილება, რომლის მიხედვითაც სისტემის ყველა მიკრომდგომარეობა მოცემული ენერგიით თანაბრად სავარაუდოა. დაარქვეს J.W. Gibbs, რომელმაც აღმოაჩინა ეს განაწილება.

უჯერი ნაერთებში რადიკალების დამატების რეაქციები წარმოადგენს პოლიმერების, კოპოლიმერების და ოლიგომერების წარმოების თანამედროვე ტექნოლოგიების საფუძველს. ეს რეაქციები ხდება ნახშირწყალბადების დაშლის, ოლეფინების ჰალოგენაციისა და უჯერი ნაერთების დაჟანგვის დროს. ისინი ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ნაერთებისა და წამლების სინთეზში. წყალბადის ატომებისა და ჰიდროქსილის ნაერთების დამატების რეაქცია უჯერი და არომატულ ნაერთებში თან ახლავს ორგანული მასალების და ბიოლოგიური ობიექტების ფოტოლიზს და რადიოლიზს.

ორმაგი C=C ​​ბმა წყდება და წარმოიქმნება C–X ბმა, როგორც წესი
-ბმა უფრო ძლიერია, ვიდრე გაწყვეტის -C C-ბმა და, შესაბამისად, დამატების რეაქცია ეგზოთერმულია. ეს აშკარად ჩანს რეაქციის ენთალპიის  შედარებიდან ნდა შედეგად მიღებული კავშირის სიძლიერე დ(EtX) ცხრილში. 1.

კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს რეაქციის ენთალპიაზე, არის მიღებული XCH 2 C  H 2 Y რადიკალი სტაბილიზაციის ენერგია: რაც უფრო დიდია ეს ენერგია, მით მეტია ოლეფინში X  რადიკალის დამატების სითბო. სტაბილიზაციის ენერგია შეიძლება დახასიათდეს, მაგალითად, C–H ბმების სიძლიერის სხვაობით ნაერთებში Pr–H და EtYHC–H ქვემოთ მოცემულია CH 3 CH 2 C სტაბილიზაციის ენერგიის წვლილის დამახასიათებელი მონაცემები  H 2 Y რადიკალი წარმოიქმნება მეთილის რადიკალის დამატების შედეგად მონომერში CH 2 =CHY, ამ რეაქციის ენთალპიაში.

ცხრილი 1.

ენთალპია, ენტროპია და ატომებისა და რადიკალების დამატების გიბსის ენერგია X  ეთილენისკენ.

ჩანს, რომ რაც უფრო მაღალია რადიკალის სტაბილიზაციის ენერგია, მით უფრო დაბალია რეაქციის ენთალპია.

ყველა დამატების რეაქცია მიმდინარეობს ენტროპიის შემცირებით, ვინაიდან ორი ნაწილაკი ერთდება (იხ. ცხრილი 8.1). ამის გამო გიბსის ენერგია დამატების რეაქციებისთვის და საკმარისად მაღალ ტემპერატურაზე ეგზოთერმული დამატების რეაქცია შექცევადია, რადგან  გ= ჰთ ს.

ნებისმიერ პროცესზე (რეაქციაზე) გავლენას ახდენს ორი ფაქტორი:

Enathlpiy (exo- ან endo) – Δ H;

ენტროპილი (ТΔS).

ამ ორი ფაქტორის გაერთიანებისას მივიღებთ:

ΔН – ТΔS = ΔG

G = H – TS – გიბსის ენერგია.

გიბსის ენერგიის ფიზიკური მნიშვნელობა:

დასკვნა: თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობა უკიდურესად სტაბილურია, რადგან მუდმივი P, T სისტემა ვერ ტოვებს წონასწორობის მდგომარეობას, რადგან გამომავალი უდრის გიბსის ენერგიის ზრდას.

იმისათვის, რომ სისტემამ წონასწორობა დატოვოს, საჭიროა შეიცვალოს ზოგიერთი გარეგანი ფაქტორი (P, T, კონცენტრაცია და ა.შ.).

არსებობს კონცეფცია, რომელსაც ეწოდება გიბსის სტანდარტული მდგომარეობა:

ΔG f 0 298 [კჯ/მოლი] – საცნობარო მნიშვნელობა.

ΔG 298 = Σn i Δ * ΔG f 0 298 – Σn j Δ * ΔG f 0 298

პროდუქტის რეაგენტი

პროცესების უმეტესობა ხდება სტანდარტზე მაღალი t-ზე (298). გიბსის ენერგიის უფრო მაღალ ტემპერატურებზე ხელახლა გამოსათვლელად, საჭიროა საცნობარო მონაცემები სითბოს სიმძლავრის შესახებ, მონაცემები წარმოდგენილია ტემპერატურის ფუნქციით.

საცნობარო წიგნებში ეს მონაცემები ჩვეულებრივ წარმოდგენილია სიმძლავრის სერიის სახით.

C p 0 = a + bT + cT 2 + c' T -2

სადაც a, b, c, c’ განსხვავებულია თითოეული ნივთიერებისთვის.

ΔC p 0 = Δa + ΔbT + ΔcT 2 + Δc 'T -2

სადაც Δa, Δb, Δc, Δc’ - როგორც მდგომარეობის ფუნქციები, გამოითვლება ფორმულების გამოყენებით:

Δa = Σn i a - Σn j a

პროდუქტის რეაგენტი

Δb = Σn i b - Σn j b

პროდუქტის რეაგენტი

Δc = Σn i c - Σn j c

პროდუქტის რეაგენტი

ფაზური წონასწორობის თერმოდინამიკა. ფაზური წონასწორობა ჰეტეროგენულ სისტემებში. გიბსის ფაზის წესი.

ფაზის წონასწორობა მოიცავს შემდეგი ტიპის გადასვლებს:

მყარი ფაზა სითხესთან წონასწორობაში (დნობა - კრისტალიზაცია);

თხევადი ფაზა ორთქლთან წონასწორობაში (აორთქლება - კონდენსაცია);

მყარი ფაზა ორთქლთან წონასწორობაშია (სუბლიმაცია - სუბლიმაცია).

ფაზის წესის ძირითადი ცნებები:

ფაზა (F) არის სისტემის ნაწილი, რომელსაც აქვს ინტერფეისი მის სხვა ნაწილებთან.

კომპონენტი (k) არის სისტემის ქიმიურად ერთგვაროვანი კომპონენტი, რომელსაც აქვს ყველა მისი თვისება.

თავისუფლების გრადუსების რაოდენობა (C) არის დამოუკიდებელი ცვლადების რაოდენობა, რომლებიც შეიძლება თვითნებურად შეიცვალოს სისტემაში ფაზების რაოდენობის შეცვლის გარეშე.

(S, F, K) S = K – F +2

არსებობს გიბსის ფაზის წესი.

არსებობს ერთკომპონენტიანი, ორკომპონენტიანი, სამკომპონენტიანი სისტემები (K=1, K=2, K=3).

C min = 1 – 3 + 2 = 0

C max = 1 – 1 + 2 = 2

ერთკომპონენტიანი სისტემების აღსაწერად, ჩვენ ავირჩიეთ შემდეგი კოორდინატები:

P (გაჯერებული ორთქლის წნევა)

T (ტემპერატურა)

dP / dT = ΔH f.p. / (T f.p. * ΔV)

ეს დამოკიდებულება ძალაში რჩება აბსოლუტურად ყველა ფაზის გადასვლისთვის.

რ გ

სატელევიზიო ჯ.ა

ბ ორთქლი

დიაგრამის თითოეული ხაზი შეესაბამება საკუთარ ფაზურ გადასვლას:

ტელევიზიის შესახებ. - და.

ოა ჯ. - პარ

Os TV. - ორთქლი

დიაგრამის ველები: მყარი ფაზა, თხევადი ფაზა, ორთქლი.

T კრ.: ორთქლი - გაზი

ფაზის ველი:

С = 2 (ველებში С max)

C = 1 (ხაზებზე)

წერტილი O – შეესაბამება სამი ფაზის წონასწორობას: ტვ. – F – პარ.

C = 0 - ეს ნიშნავს, რომ არც ტემპერატურა და არც წნევა არ შეიძლება შეიცვალოს.

მოდით ახლა ვისაუბროთ ქიმიური პოტენციალი- მნიშვნელობა, რომელიც განსაზღვრავს არა მთლიანად სისტემის, არამედ ამ სისტემის ერთი მოლეკულის თერმოდინამიკურ მახასიათებლებს.

თუ მოლეკულა-მოლეკულას დაამატებთ სისტემას ზე მუდმივი წნევა, შემდეგ ყოველი ახალი ნაწილაკის დასამატებლად აუცილებელია ზუსტად იგივე სამუშაოს დახარჯვა, როგორც ნებისმიერი წინას დამატება: სისტემის მოცულობა გაიზრდება, მაგრამ სისტემის სიმკვრივე - და მასში ურთიერთქმედების ინტენსივობა - არ შეიცვლება. ამიტომ მოსახერხებელია სისტემაში მოლეკულის თერმოდინამიკური მდგომარეობის დადგენა თავისუფალის მნიშვნელობით. ენერგია გიბსი გ,გაყოფილი მოლეკულების რაოდენობაზე N,

დაურეკა ქიმიური პოტენციალი(და ვინაიდან თხევად ან მყარ ფაზაში და დაბალი წნევით ფ » გ, შემდეგ აქ მ » F/N). თუ ნნიშნავს არა მოლეკულების რაოდენობას, არამედ, როგორც ყოველთვის, მოლეკულების მოლეკულების რაოდენობას, მაშინ m ეხება არა ერთ მოლეკულას, არამედ მოლეკულების მოლეკულებს.

ქიმიური პოტენციალი - ან, რაც იგივეა, თავისუფალი ენერგია გიბსიერთ მოლეკულაზე - ეს გამოგვადგება დღევანდელი ლექციის მეორე ნაწილში, როდესაც ვსაუბრობთ მოლეკულების განაწილებაზე ფაზებს შორის. ფაქტია, რომ მოლეკულები მიედინება იმ ფაზიდან, სადაც მათი ქიმიური პოტენციალი უფრო მაღალია იმ ფაზიდან, სადაც მათი ქიმიური პოტენციალი უფრო დაბალია - ეს ამცირებს მთლიან თავისუფალს. ენერგიასისტემა და აახლოებს წონასწორობას. წონასწორობაში კი მოლეკულების ქიმიური პოტენციალი ერთ ფაზაში უდრის იმავე მოლეკულების ქიმიურ პოტენციალს მეორე ფაზაში.

ცოტა ხნის წინ, პლასტიზირებული სისტემების თვისებების შესწავლისას, აღმოაჩინეს ექსპერიმენტული ფაქტები, რომლებიც ეწინააღმდეგება ზოგადად მიღებულ იდეებს და ზოგ შემთხვევაში ვერ იღებდა სათანადო ახსნას. ეს ეხება პლასტიზირებული სისტემების თერმოდინამიკას, მინის გადასვლის ტემპერატურის (Tg) განსაზღვრას და პლასტიზატორის შედარებით მცირე რაოდენობით შემცველი სისტემების თვისებების შეფასებას. ამ ფაქტებს დიდი მნიშვნელობა აქვს პრაქტიკისა და თეორიისთვის, ისინი დაკავშირებულია პლასტიზირებული სისტემების მეტასტაბილურობასთან და მათი თვისებების შესასწავლად გარკვეული მეთოდების არასწორ გამოყენებასთან.

ცნობილია, რომ ყველა სისტემა იყოფა სტაბილურად ან სტაბილურად, არასტაბილურად ან ლაბილად და მეტასტაბილურებად, რომლებიც ყველაზე გავრცელებულია. ამიტომ მეტასტაბილური სისტემების თერმოფიზიკური თვისებების შესწავლას დიდი მნიშვნელობა აქვს.

მეტასტაბილური სისტემა სტაბილურია ყველა სისტემის მიმართ, რომელიც უსასრულოდ განსხვავდება მისგან, მაგრამ არის მინიმუმ ერთი სისტემა, რომლის მიმართაც ის არასტაბილურია. მდგომარეობა A, რომელსაც აქვს გიბსის ყველაზე დაბალი ენერგია, ნამდვილად სტაბილურია, ხოლო B მდგომარეობა, რომელსაც აქვს უფრო მაღალი გიბსის ენერგია, არის მეტასტაბილური მდგომარეობა A მდგომარეობის მიმართ. თუმცა, სისტემის გადასვლისთვის B მდგომარეობიდან A მდგომარეობაში, a. პოტენციური ბარიერი უნდა დაიძლიოს. თუ დარღვევის ენერგია ნაკლებია პოტენციურ ბარიერზე, მაშინ სისტემა რჩება B მდგომარეობაში.

ასეთი სისტემების სტაბილურობა დამოკიდებულია რელაქსაციის დროის (p) და გამოცდილების დროის (op) თანაფარდობაზე; გამოცდილების დრო ნიშნავს არა მხოლოდ ლაბორატორიული ექსპერიმენტის დროს, არამედ პროდუქტის შენახვისა და ექსპლუატაციის დროს. თუ
p >> op, მაშინ სისტემა შეიძლება იყოს მეტასტაბილურ მდგომარეობაში შეუზღუდავი დროით და ის არაფრით განსხვავდება ჭეშმარიტად სტაბილური სისტემისგან. ამიტომ, მასზე არ უნდა იქნას გამოყენებული ტერმინი „არაწონასწორობა“. პირიქით, ახლა ფართოდ გამოიყენება ტერმინი „მეტასტაბილური წონასწორობა“. სისტემა A მდგომარეობაში იმყოფება ნამდვილ წონასწორობაში, ხოლო სისტემა B მდგომარეობაში არის მეტასტაბილურ წონასწორობაში.
მეტასტაბილური მდგომარეობა დამახასიათებელია პოლიმერული სისტემებისთვის პოლიმერული მაკრომოლეკულების ძალიან დიდი ზომისა და მნიშვნელოვანი რ. ასეთი სისტემები, მაგალითად, შეიძლება მივიღოთ გამკვრივებით, ე.ი. პოლიმერის ან პოლიმერული ნარევის სწრაფი გაგრილება მის Tc-ზე მნიშვნელოვნად დაბალ ტემპერატურამდე. ამ შემთხვევაში სისტემის სტრუქტურა არ იცვლება და უფრო მაღალ ტემპერატურაზე მიცემული სტრუქტურა შენარჩუნებულია. ეს ნიშნავს, რომ სისტემას „ახსოვს“ თავისი წარსული. ასეთ სისტემებს "მეხსიერების" სისტემებს უწოდებენ. მრავალი ნაშრომი მიეძღვნა მათი თვისებების შესწავლას და ვითარდება ამ სისტემების თერმოდინამიკა. ეს თვისებები დამოკიდებულია სისტემების ისტორიაზე. მეხსიერების სისტემები მოიცავს ყველა პოლიმერს და პოლიმერულ კომპოზიციას, რომელიც მდებარეობს მათ Tg-ზე დაბალ ტემპერატურაზე. მათში მიმდინარე პროცესების რელაქსაციის დრო ძალიან გრძელია და, შესაბამისად, შუშისებრი პოლიმერები ტ<< Тс рассматривают как равновесные. К таким системам применимы законы классической термодинамики.

დიდი მნიშვნელობა აქვს პოლიმერის თერმოდინამიკურ კავშირს პლასტიზატორის მიმართ, რომელიც ფასდება იგივე პარამეტრებით, რაც პოლიმერის გამხსნელებთან მიმართებაში: შერევის გიბსის ენერგიის (G) სიდიდე და ნიშანი, ფლორი-ჰაგინსის ურთიერთქმედების პარამეტრი. (1), მეორე ვირუსული კოეფიციენტი (A2). G-ის მნიშვნელობა შეიძლება განისაზღვროს ორი გზით. პირველი მეთოდი არის G-ის პირდაპირ განსაზღვრა პლასტიზირებული სისტემის ზემოთ პლასტიზატორის ორთქლის წნევის შესახებ ექსპერიმენტული მონაცემების საფუძველზე ან შეშუპების წნევაზე. პლასტილიზატორები ძალიან აქროლადი სითხეებია, ამიტომ მათი დაბალი წნევის გაზომვა მოითხოვს სპეციალურ მეთოდებს. ამ მიზნით გამოყენებული ეფუზიის მეთოდს ბევრი უარყოფითი მხარე აქვს. უფრო ზუსტია შეშუპების წნევის განსაზღვრის მეთოდი, რომელიც დიდი ხანია გამოიყენება პლასტიზირებული ცელულოზის ეთერების თვისებების შესასწავლად. იგი წარმატებით გამოიყენებოდა რეზინის ვულკანიზატორების მიახლოების შესწავლაში სხვადასხვა გამხსნელებთან.

პლასტიზირებული პოლიმერების G-ის განსაზღვრა შეიძლება განხორციელდეს პოლიმერული ნარევებისთვის შემოთავაზებული მეთოდის გამოყენებით. ამისათვის საჭიროა პოლიმერის, პლასტიზატორის და მათი ნარევების ნარევის G გაზომვა ნებისმიერ დაბალმოლეკულურ სითხესთან, რომელიც განუსაზღვრელად შერეულია მათთან. შერევის გიბსის ენერგია შეიძლება განისაზღვროს ხსნარების სინათლის გაფანტვის მონაცემების საფუძველზე. ეს მეთოდი, რომელიც Vuks-მა შემოიღო თხევადი-თხევადი სისტემისთვის, პირველად გამოიყენა პოლიმერულ-გამხსნელი სისტემებისთვის სამუშაოებში.

G-ის მნიშვნელობის განსაზღვრის მეორე გზა არის ამ პარამეტრის გამოთვლა ექსპერიმენტულად გაზომილი ენთალპიისა და პოლიმერის პლასტიზატორთან შერევის საფუძველზე. იგი გამოითვლება განტოლების გამოყენებით: G = H - TS. შერევის ენთალპია გამოითვლება ჰესის კანონის მიხედვით, როგორც ზემოთ იყო აღწერილი, შერევის ენტროპია განისაზღვრება პლასტიზირებული სისტემების სითბოს სიმძლავრის ტემპერატურული დამოკიდებულების საფუძველზე, რომელიც იზომება სკანირების კალორიმეტრის გამოყენებით. ეს მეთოდი ყურადღებას იმსახურებს. თუმცა, კლასიკური თერმოდინამიკის ფარგლებში, აბსოლუტური ენტროპიის მნიშვნელობების მიღება შესაძლებელია მხოლოდ სითბოს სიმძლავრის ექსპერიმენტული ტემპერატურული დამოკიდებულების ექსტრაპოლაციით აბსოლუტურ ნულამდე. ეს გაკეთდა სამუშაოში და ნამუშევარში გამოყენებული იყო S 0-ის მნიშვნელობების გამოთვლის სავარაუდო მეთოდი, როდესაც ყველა ენტროპიის მნიშვნელობა იქნა აღებული ნულოვანი ტერმინების გარეშე. ამან შეიძლება გამოიწვიოს შეცდომები. ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარეობს, რომ აუცილებელია სხვადასხვა მეთოდების შემუშავება, რომლებმაც ერთი და იგივე შედეგი უნდა მოიტანონ. ამისათვის საჭიროა სხვადასხვა მეთოდით მიღებული შედეგების შედარება და სისტემატური განხილვა.

დასკვნა

ჩემს ნაშრომში მე გამოვიკვლიე გიბსის ენერგია და ამ თეორიასთან დაკავშირებული ცნებები. მე ვისაუბრე თერმოდინამიკურ პოტენციალებზე, ფაზის წესებზე, გიბსის განაწილებაზე, ენთალპიაზე, ენტროპიაზე და რა თქმა უნდა თავად გიბსის ენერგიაზე.

ჯოზია უილარდ გიბსის წვლილი მეცნიერებაში მნიშვნელოვანია. მისი ნამუშევრები და კვლევები საფუძვლად დაედო მისი მიმდევრების მეცნიერულ განვითარებას და ასევე აქვს პრაქტიკული მნიშვნელობა.

გამოყენებული ბმულების სია:

მეტასტაბილური სითხეების თერმოფიზიკა. სვერდლოვსკი, UC სსრკ მეცნიერებათა აკადემია, 1987 წ.

Prigozhin I., Defey R. ქიმიური თერმოდინამიკა. პერ. ინგლისურიდან რედ. ვ.ა. მიხაილოვა. ნოვოსიბირსკი, ნაუკა, 1966 წ.

Kubo R. თერმოდინამიკა. პერ. ინგლისურიდან რედ. დ.მ. ზუბარევა, ნ.მ. პლაციდები. M. Mir, 1970 წ.

Tager A.A. მაღალი მოლეკულური წონა კონნ., 1988, ტ. A30, No 7, გვ. 1347 წ.

Tager A.A. პოლიმერების ფიზიოქიმია. მ., ქიმია, 1978 წ.

ნოვიკოვა ლ.ვ. და სხვები. მასები, 1983, No8, გვ. 60.

ენერგია გიბსიშემდეგი ფორმით: შეცვლა ენერგია გიბსიმოცემული... რომელიმე თერმოდინამიკური პოტენციალის ფორმირებისას: შიდა ენერგია U, ენთალპია H, ენერგია გიბსიგ, ენერგიაჰელმჰოლცი და ექვემდებარება მუდმივობას...

1. Mn-Si სისტემის შენადნობების ქიმიური მდგრადობის თერმოდინამიკა

   დისერტაცია >> ქიმია

   ... ენერგია გიბსირეაქციები 2 და 3 აღწერილია ტემპერატურაზე დამოკიდებულების განტოლებით: ენერგია გიბსირეაქცია 1 შეგიძლიათ იპოვოთ კომბინაციით ენერგიები გიბსი... ბანკომატი გამონათქვამებში ჩანაცვლება ენერგიებიმნიშვნელობების შერევა ენერგიები გიბსირეაქციები (1) – (4), ვიღებთ...

2. კოლოიდური ქიმია. Ლექციის ჩანაწერები

   რეზიუმე >> ქიმია

   ყოველთვის >0. შიდა ზედაპირი ენერგიაზედაპირის ერთეულები ზედაპირზე მეტი ენერგია გიბსი(*) წარმოქმნის სითბოსთვის..., შესაბამისად განტოლება გიბსი-ჰელმჰოლცი(**), რომელიც აკავშირებს სრულ ზედაპირს ენერგიაან ენთალპია ს ენერგია გიბსიამ შემთხვევაში...