Przeczytaj

bg‑red

Entalpia swobodna

Entalpia swobodna w warunkach izotermiczno‑izobarycznych jest miarą samorzutności procesów. Wartość zmian entalpii swobodnej można obliczyć dla dowolnego procesu, niekoniecznie izotermiczno‑izobarycznego, lecz tylko w takich warunkach ma prosty sens fizyczny.

Równanie Gibbsa w warunkach standardowych:

Δ G ° = Δ H °_{r} - T Δ S °_{r}

$Δ G °$ – zmiana standardowej entalpii swobodnej reakcji;
$Δ H °_{r}$ – zmiana standardowej entalpii reakcji;
$Δ S °_{r}$ – zmiana standardowej entropiientropiaentropii reakcji;
$T$ – temperatura $[K]$ .

R8tZexbK4Hkc31

Ilustracja przedstawia portret starszego mężczyzny. Ma on krótkie włosy oraz brodę. Ubrany jest w garnitur i koszulę z krawatem. — Josiah Willard Gibbs – wprowadził pojęcie entalpii swobodnej Gibbsa.
Źródło: dostępny w internecie: pl.wikipedia.org, domena publiczna.

We wzorze wszystkie symbole odnoszą się ogólnie do reakcji chemicznych. $Δ H °_{r}$ to tzw. człon entalpowy, a $- T Δ S °_{r}$ to człon entropowy. Jeśli zmiana entalpii swobodnej jest mniejsza od zera to proces jest samorzutny, gdy równa zero to proces znajduje się w stanie równowagi, a jeśli większa od zera to reakcja nie zachodzi samorzutnie. Jeżeli proces nie jest samorzutny, to znaczy, że samorzutny jest proces odwrotny (zachodzący w kierunku przeciwnym). Proces niesamorzutny może zostać ewentualnie wymuszony.

$Δ G < 0$ – reakcja samorzutna;
$Δ G = 0$ – reakcja w równowadze;
$Δ G > 0$ – reakcja niesamorzutna.

bg‑red

Kryteria samorzutności

Wszystkie procesy egzotermiczne ( $Δ H < 0$ ) związane ze wzrostem entropii w układzie reakcyjnym ( $Δ S > 0$ ) są samorzutne ( $Δ G < 0$ ). Przeciwnie – wszystkie procesy endotermiczne ( $Δ H > 0$ ) związane ze spadkiem entropii ( $Δ S < 0$ ) w układzie są niesamorzutne ( $Δ G < 0$ ). W procesach, w których oba parametry – entalpia i entropia zmieniają się w ten sam sposób (oba rosną lub oba maleją), samorzutność procesów zależy od tego, który z parametrów ma w danych warunkach większy wpływ na wartość entalpii swobodnej, oraz od warunków prowadzenia procesu, głównie temperatury. W celu lepszego zrozumienia wpływu zmian entropii i entalpii na wartość entalpii swobodnej reakcji przeanalizuj dane zamieszczone w poniższej tabeli.

czynnik entalpowy $Δ H$	czynnik entropowy $Δ S$	zmiana $Δ G$	proces
$Δ H < 0$	$Δ S > 0$	$Δ G < 0$	samorzutny
$Δ H > 0$	$Δ S < 0$	$Δ G > 0$	niesamorzutny
$Δ H > 0$	$Δ S > 0$	$\|Δ H\| > \|T Δ S\|$ $Δ G > 0$	niesamorzutny
$Δ H > 0$	$Δ S > 0$	$\|Δ H\| < \|T Δ S\|$ $Δ G < 0$	samorzutny
$Δ H < 0$	$Δ S < 0$	$\|Δ H\| > \|T Δ S\|$ $Δ G < 0$	samorzutny
$Δ H < 0$	$Δ S < 0$	$\|Δ H\| < \|T Δ S\|$ $Δ G > 0$	niesamorzutny

Słownik

entropia

termodynamiczna funkcja stanu; entropia jest miarą stopnia nieuporządkowania układu i rozproszenia energii

układ termodynamiczny

część przestrzeni materialnej, będącej przedmiotem rozważań. Pozostała część przestrzeni jest otoczeniem

faza

część lub całość układu, która wykazuje w całej swej masie jednakowe własności fizyczne i chemiczne (w szczególności jednakowe równanie stanu) i jest odgraniczona wyraźnie od reszty układu (otoczenia)

przemiana fazowa

przemiana jednej fazy w drugą

układ izolowany

układ, w którym niemożliwa jest wymiana materii i energii pomiędzy układem a otoczeniem

układ zamknięty

układ, w którym możliwa jest wymiana energii pomiędzy układem a otoczeniem, a niemożliwa jest wymiana materii

proces izotermiczny

proces termodynamiczny, podczas którego temperatura układu nie ulega zmianie

proces izobaryczny

proces termodynamiczny, podczas którego ciśnienie nie ulega zmianie

proces samorzutny

inaczej czas naturalny, proces wykonywany bez konieczności wykonania pracy nad układem

parametry termodynamiczne

wielkości fizyczne charakteryzujące stan układu termodynamicznego

stan równowagi

stan, w którym parametry układu, takie jak ciśnienie, objętość, temperatura, masa i inne funkcje stanu, są stałe w czasie

Bibliografia

Atkins P. W., Chemia Fizyczna, Warszawa 2006.

Gumiński K., Termodynamika, Warszawa $1974$ , wyd. $3$ .

Orear J., Fizyka, Warszawa $1993$ .

Stauffer D., Stanley H. E., Od Newtona do Mandelbrota, Warszawa $1996$ .

Wprowadzenie

Film samouczek

Entalpia swobodna

Kryteria samorzutności

Słownik

Bibliografia