Бос Гиббс энергиясы ΔG. Реакцияның жүзеге асырылу мүмкіндігін анықтау. Химия, 10 сынып, қосымша материал.

Тақырып: «Бос Гиббс энергиясы. Реакцияның жүзеге асырылу мүмкіндігін анықтау»

 Гиббс бос энергия өзгерісі (ΔG) немесе Гиббс (термодинамикалық) потенциалы - химиялық реакция кезіндегі энергия өзгерісін көрсететін шама және зат күйінің термодинамикалық функциясы. Ол энтальпия H және энтропия S мен термодинамикалық температураның Т көбейтіндісі айырмасымен анықталады.

 ΔG⁰=ΔH⁰−TΔS⁰

Жаттығу №1. 25°C -та су буының конденсациялануындағы бос энергия өзгерісін есептеңіз. Барлық көрсеткіштерді ең жақын бүтін санмен және кДж/моль арқылы көрсетіңіз.

Жаттығу №2. 25°C бөлме температурасында күкірт қышқылының H₂SO₄ ерітіндісі тұрақты, ал күкірті қышқылдың H₂SO₃ ерітіндісі газ тәрізді күкірт (IV) оксидін SO₂ түзіп, баяу ыдырайды. Реакцияларды зерттеп, кестеде көрсетілген термохимиялық мәліметтерді пайдаланып, әрбір реакция үшін бос энергия өзгерістерін ΔG° есептеңіз. Жауабын ең жақын бүтін санмен көрсетіңіз.

H₂SO₄(c.е.)⟶H₂O(с)+SO₃(г) ΔG°₁=?

a) Стандартты энтальпия өзгерісін есептеңіз:

ΔH°₁=

b) Стандартты энтропия өзгерісін есептеңіз:

ΔS°₁=

c) Стандартты бос энергия өзгерісін есептеңіз:

ΔG°₁=

H₂SO₃(с.е.)⟶H₂O(с)+SO₂(г) ΔG°₂=?

a) Стандартты энтальпия өзгерісін есептеңіз:

ΔH°₂=

b) Стандартты энтропия өзгерісін есептеңіз:

ΔS°₂=

c) Стандартты бос энергия өзгерісін есептеңіз:

ΔG°₂=

d) алынған мәліметтерді пайдаланып, әр реакцияны сипаттаңыз (тиісті сөздің астын сызыңыз):

 Екі реакция да экзотермиялық/эндотермиялық және олардың әрқайсысында су/газ тәрізді оксидтері түзілетіндіктен, оң/теріс энтропия өзгерісі жүзеге асады.

 1-реакцияда оң энтропия өзгерісі азырақ оң энтальпия өзгерісі үшін орын толтырады/орын толтырмайды, бос энергия өзгерісі оң/теріс және реакция жүреді/жүрмейді. Сол себепті бөлме температурасында H₂SO₄ ерітіндісі тұрақты/тұрақсыз.

 2-реакцияда оң энтропия өзгерісі үлкен оң энтальпия өзгерісінің орнын толтырады/толтырмайды, бос энергия өзгерісі оң/теріс, реакция жүреді/жүрмейді. Сол себепті бөлме температурасында H₂SO₃ ерітіндісі тұрақты/тұрақсыз.

Тапсырма: Энтальпия өзгерісі процесінің спонтанды жүруіне және реакция энтропиясына байланысты тұжырымдарды сәйкестендіріңіз.

Жаттығу №3. Термодинамикалық мәліметтерді пайдаланып, реакцияның бос энергия өзгерісін есептеңіз. Содан кейін магний гидроксидінің дегидратациясы жүретін ең төмен температураны анықтаңыз. Нәтижені ең жақын бүтін санмен беріңіз.

Mg(OH)₂(қ)⟶MgO(қ)+H₂O(г)

a) Реакцияның стандартты энтальпия өзгерісін есептеңіз.

ΔH°_реакц=

b) Реакцияның стандартты энтропия өзгерісін есептеңіз.

ΔS°_реакц=

c) 25°C-тағы стандартты бос энергия өзгерісін есептеңіз.

ΔG°=

d) Реакция жүзеге асатын ең төменгі температураны есептеңіз.

Қосымша есептер.

Есеп 1. Берілген химиялық реакцияның стандартты энтальпия мен энтропиясын есептеңіз. 298 °К кезінде реакцияның қандай бағытта жүретіндігін (тура немесе кері) анықтаңыз. Қандай температурада реакция екі бағытта да жүре алатындығын есептеңіз.Fe₂O_{3 (қ)} + 3H_2(г) = 2Fe_(қ) + 3H₂O_(г)

Есеп 2. Гиббс энергиясын есептеп, реакцияның 1000 және 3000 К температурада жүре алу мүмкіндігін анықтаңыз.

Practice Problem 7

Use the values of ΔH (-92.22 kJ) and ΔS (-198.75 J/K) to predict whether the following reaction is spontaneous at 25C:

N₂(g) + 3 H₂(g)  2 NH₃(g)

Practice Problem 8:

Predict whether the following reaction is still spontaneous at 500C:

N₂(g) + 3 H₂(g)  2 NH₃(g)

Assume that the values of ΔH⁰ and ΔS⁰ used in Practice Problem 7 are still valid at this temperature.