Неможливий самочинний перехід тепла від більш холодного тіла до більш теплого

В хімічній термодинаміці для врахування теплового руху молекул впроваджується нова термодинамічна функція S – ентропія.Ентропія є мірою невпорядкованості системи. Формально ентропія впроваджується за формулою:

dS = dQ/T

де dQ – нескінченно маленька порція теплоти, Т – температура.

Розрахунок DS аналогічний обчисленню DH за законом Гесса. Однак, слід мати на увазі, що для простих тіл S ¹ 0 (на відміну від DH°_f).

DS_r^° = (SnS^°)_прод– (SnS^°)_почат

де S^°–абсолютні стандартні ентропії речовин, n – стехіометричний коефіцієнт.

В ізольованій системі фактор енергії штучно відділено (DU = 0), тому напрямок процесу визначається лише ентропією.

В ізольованій системі самочинно можуть відбуватися тільки процеси зі збільшенням ентропії. Тобто умовою можливості протікання процесу в ізольованій системі є : DS ³ 0

Іншими словами, в ізольованій системі процеси відбуваються в бік збільшення безладу.

В замкненій системі напрямок процесу визначається двома факторами: енергетичним (DU або DH) і ентропійним (DS). Для врахування обох факторів введено нову термодинамічну функцію – енергію Гіббса (G):

G = Н – Т S

де Н – ентальпія, Т – температура, S – ентропія.

В замкненій системі самочинно можуть відбуватись процеси. для яких енергія Гіббса зменшується: DG < 0 (при р і Т = const).

Розрахунок DG аналогічний до обчислення DH і DS:

D G_r° =(SnDG_f°)_прод – (SnDG_f°)_почат

де DG_f°–стандартні енергії Гіббса утворення речовин.

Приклад 12.

Визначити, чи можливе самочинне розкладàння нітрату амонію згідно з реакціями:

а) NH₄NO₃ = NH₃ + HNO₃б) 4 NH₄NO₃= 3N₂+ 2NO₂ + 8H₂O

Розв'язання.

Можливість або неможливість самочинного перебігу хімічної реакції визначається знаком величини зміни енергії Гіббса. Якщо DG°_r < 0, реакція принципово можлива, якщо DG°_r > 0 - неможлива.

а) D_rG°(а) = D_fG°(NH₃) + D_fG°(HNO₃) – D_fG°(NH₄NO₃) = –16,7 – 79,9 ––

(–183,9) = 87,3 кДж.

б) D_rG°(б) = 3D_fG°(N₂) + 2D_fG°(NO₂) + 8D_fG°(H₂O₍_г₎) – 4D_fG°(NH₄NO₃) =

= 3 ´ 0 +2 ´ 52,3 + 8 ´ (–228,6) – 4 ´ (–183,9) = –1068,6 кДж.

Відповідь: можливий самочинний перебіг реакції (б).

За допомогою енергій Гіббса можна зробити оцінку пожежонебезпечності речовин. Якщо DG° реакції речовини з киснем суттєво менша ніж нуль, то така речовина здатна до горіння.

Крім розрахунків за попередньою формулою, зміну енергії Гіббса можна розраховувати (при сталих Р і Т) за формулою:

D G =DH – ТD S

Перебігу процесів сприяють умови DH < 0, ТDS > 0

Запитання для самоконтролю

1. Які питання розглядає хімічна термодинаміка?

2. Які є форми передачі енергії?

3. Що таке внутрішня енергія та ентальпія?

4. Які умови прийняті за стандартні?

5. Які є види теплових ефектів?

6. Сформулюйте наслідок з закону Гесса, за допомогою якого разраховують теплові ефекти хімічних реакцій.

7. Що таке теплота утворення та теплота згоряння?

8. За допомогою яких термодинамічних функцій можна визначити можливість перебігу хімічної реакції? В яких випадках використовується кожна з них?

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Тепловий ефект реакції залежить тільки від початкового та кінцевого станів вихідних речовин та продуктів реакції і не залежить від проміжних стадій процесу.	\|	Тема 6. Хімічна кінетика

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.