Энергия Гиббса
ПЛАН
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................. 2
ЭНЕРГИЯ ГИББСА ..................................................................................... 3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................................... 14
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...................................... 15
ВВЕДЕНИЕ
В своем реферате я расскажу об энергии Гиббса.
Гиббс Джозайя Уиллард (1839-1903), американский физик-теоретик, один из создателей термодинамики и статистической механики. Разработал теорию термодинамических потенциалов, открыл общее условие равновесия гетерогенных систем — правило фаз, вывел уравнения Гиббса — Гельмгольца, Гиббса — Дюгема, адсорбционное уравнение Гиббса. Установил фундаментальный закон статистической физики — распределение Гиббса. Предложил графическое изображение состояния трехкомпонентной системы (треугольник Гиббса). Заложил основы термодинамики поверхностных явлений и электрохимических процессов. Ввел понятие адсорбции.
ЭНЕРГИЯ ГИББСА
В начале своей работы я думаю необходимо представить основные понятия теории Гиббса.
ПРАВИЛО ФАЗ ГИББСА в термодинамике: число равновесно сосуществующих в какой-либо системе фаз не может быть больше числа образующих эти фазы компонентов плюс, как правило, 2. Установлено Дж. У. Гиббсом в 1873-76.
ГИББСА ЭНЕРГИЯ (изобарно-изотермический потенциал, свободная энтальпия), один из потенциалов термодинамических системы. Обозначается G, определяется разностью между энтальпией H и произведением энтропии S на термодинамическую температуру Т: G = H — T·S. Изотермический равновесный процесс без затраты внешних сил может протекать самопроизвольно только в направлении убывания энергии Гиббса до достижения ее минимума, которому отвечает термодинамическое равновесное состояние системы. Названа по имени Дж. У. Гиббса.
ПОТЕНЦИАЛЫ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ, функции объема, давления, температуры, энтропии, числа частиц и других независимых макроскопических параметров, характеризующих состояние термодинамической системы. К потенциалам термодинамическим относятся внутренняя энергия, энтальпия, изохорно-изотермический потенциал (Гельмгольца энергия), изобарно-изотермический потенциал (Гиббса энергия). Зная какие-либо потенциалы термодинамические как функцию полного набора параметров, можно вычислить любые макроскопические характеристики системы и рассчитать происходящие в ней процессы.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГИББСА каноническое, распределение вероятностей различных состояний макроскопической системы с постоянным объемом и постоянным числом частиц, находящейся в равновесии с окружающей средой заданной температуры; если система может обмениваться частицами со средой, то распределение Гиббса называется большим каноническим. Для изолированной системы справедливо Гиббса распределение микроканоническое, согласно которому все микросостояния системы с данной энергией равновероятны. Названо по имени открывшего это распределение Дж. У. Гиббса.
Реакции присоединения радикалов к непредельным соединениям лежат в основе современной технологии получения полимеров, сополимеров и олигомеров. Эти реакции протекают при крекинге углеводородов, галоидировании олефинов, окислении непредельных соединений. Они широко используются в синтезе разнообразных соединений и лекарственных препаратов. Реакции присоединения атомов водорода и гидроксильных соединений к непредельным и ароматическим соединениям сопровождают фотолиз и радиолиз органических материалов и биологических объектов.
|
В реакции радикального присоединения типа |
® |
XCH2C·HY |
рвется двойная С=С-связь и образуется
связь С- X. Как правило, образующаяся
s -связь прочнее рвущейся p -С- С-связи, и поэтому реакция присоединения экзотермична. Это четко видно из сравнения
энтальпии реакции DН и прочности образующейся связи D (Et-X) в табл. 1.
Другой важный фактор, влияющий на энтальпию реакции, -энергия стабилизации образующегося радикала XCH2C·H2Y: чем больше эта энергия, тем больше теплота присоединения радикала X· к олефину. Энергию стабилизации можно охарактеризовать, например, разницей прочности связей C- H в соединениях Pr- H и EtYHC- H. Ниже приведены данные, характеризующие вклад энергии стабилизации радикала CH3CH2C· H2Y, образующегося в результате присоединения метильного радикала к мономеру CH2=CHY, в энтальпию этой реакции.
Таблица 1.
Энтальпия, энтропия и энергия Гиббса присоединения атомов и радикалов X·к этилену.
|
X· |
-DH, кДж моль-1 |
-DS, Дж моль-1 К-1 |
-DG (298 K), кДж моль-1 |
|
H· |
150 |
84 |
125 |
|
Cl· |
82 |
88 |
56 |
|
C· H3 |
100 |
122 |
64 |
|
Me2C· H |
92 |
134 |
52 |
|
PhC· H2 |
63 |
122 |
27 |
|
N· H2 |
81 |
109 |
49 |
|
HO· |
122 |
100 |
93 |
|
CH3O· |
82 |
118 |
46 |
|
HO2· |
63 |
134 |
23 |
|
Y |
H |
C(O)OMe |
Cl |
CN |
Ph |
|
DPr- H - |
0.0 |
23.2 |
24.1 |
33.6 |
57.9 |
|
-DН,кДж моль-1 |
95.8 |
102.0 |
104.3 |
129.7 |
143.0 |
Видно, что чем больше энергия стабилизации радикала, тем меньше энтальпия реакции.
Все реакции присоединения протекают с уменьшением энтропии, т. к. происходит соединение двух частиц в одну (см. табл. 8.1). В силу этого для реакций присоединения энергия Гиббса, и при достаточной высокой температуре экзотермическая реакция присоединения является обратимой, т. к. DG = DH-TD S.
На любой процесс (реакцию) действуют два фактора:
Энатльпийный (экзо- или ендо) – Δ H;
Энтропильный (ТΔS).
При объединении этих двух факторов получаем:
ΔН – ТΔS = ΔG
G = H – TS – Энергия Гиббса.
Физический смысл Энергии Гиббса:
Ø если изменения ΔGр,т меньше нуля – то самопроизвольно идет процесс в заданном направлении;
Ø если изменения ΔGр,т больше нуля – самопроизвольно идет обратный процесс, а прямая реакция не идет совсем;
Ø
если изменения ΔGр,т равна нулю – это важнейшее термодинамическое равновесие.
Вывод: состояние термодинамического равновесия чрезвычайно устойчиво, так как при постоянстве Р, Т система выйти из равновесного состояния не может, так как выход равен возрастанию энергии Гиббса.
Чтобы система вышла из состояния равновесия необходимо изменить какие-либо внешние факторы (Р, Т, концентрация и так далее).
Есть понятие стандартное состояние Гиббса:
ΔGf0 298 [кДж / моль] – справочная величина.
Пользуясь справочными данными можно рассчитать изменение энергии Гиббса любого процесс.
ΔG 298 = ΣniΔ * ΔGf0 298 – ΣnjΔ * ΔGf0 298
продукт реагент
большинство процессов протекает при t более высоких чем стандартная (298). Для пересчета энергии Гиббса на более высокие температуры необходимы справочные данные по теплоемкостям, данные представленные в виде зависимости от температуры.
В справочниках эти данные обычно представлены в виде степенного ряда.
Cp0 = a + bT + cT2 + c’Т-2
где a, b, c, c’ – для каждого вещества свои.
Страницы: 1, 2
