Презентация на тему Химическая термодинамика. Термодинамические потенциалы

функции – термодинамические функции, посредством которых и их производных

по соответствующим независимым переменным могут быть выражены в явном виде все термодинамические свойства системы.
Характеристические функции содержат в себе всю термодинамическую информацию о системе.
Внутренняя энергия U(S, V) [Дж]
Энтальпия H(S,p) = U + pV [Дж]
Энергия Гельмгольца F(T, V) = U - TS [Дж]
Энергия Гиббса G(T,p) = H - TS = F + pV [Дж]
Все термодинамические потенциалы не имеют абсолютного значения, т.к. определены с точностью до постоянной, которая равна внутренней энергии при абсолютном нуле

– это часть внутренней энергии системы, которая способна при

постоянной температуре превращаться в полезную работу

Н

U

F

G

TS

TS

pV

pV

энергия Гиббса, часть теплоты, которая может быть использована для

совершения полезной работы в изобарно-изотермическом процессе
TΔS – «несвободная» энергия, часть энергии, которая не может быть использована для совершения полезной работы, она используется для увеличения энтропии, рассеивается в окружающей среде в виде тепла
ΔG = G₂ - G₁
Если ΔG < 0, т.е. G₁ > G₂ , то процесс может протекать самопроизвольно
Если ΔG > 0, т.е. G₁ < G₂ , то процесс не может протекать самопроизвольно
Если ΔG = 0, т.е. G₁ = G₂ , то система находится в состоянии равновесия

внутренней энергии, которую можно перевести в работу)
∆F = ∆U

- T∆S
Если ∆F < 0, то процесс идет cамопроизвольно в заданном направлении
Если ∆F > 0, то самопроизвольный процесс невозможен,
Если ∆F = 0, то имеет место термодинамическое равновесие.

естественных переменных
Объединяет первое и второе начала термодинамики
Четыре эквивалентные формы

уравнения:





Эти уравнения применимы только для закрытых систем, в которых совершается только механическая работа.

открыта (т.е. обменивается с окружающей средой веществом и энергией),

то надо учесть зависимость термодинамических потенциалов от количества вещества ni














где μ – химический потенциал (работа, которую необходимо затратить, чтобы добавить в систему ещё одну частицу)

изменении количества данного вещества при фиксированных естественных переменных и

неизменных количествах остальных веществ




Химический потенциал является движущей силой при массопереносе.
По мере протекания процесса химический потенциал вещества выравнивается и в момент достижения равновесия становится одинаковым во всех сосуществующих фазах.

функцию естественных переменных, можно с помощью основного уравнения термодинамики

найти все другие термодинамические функции и параметры системы
термодинамические потенциалы позволяют предсказывать направление термодинамических процессов

при постоянстве естественных переменных, уменьшается и достигает минимума при

равновесии.

системы) и энтропия (не совершающая работу энергия).

Анализ уравнения
∆G

= ∆H – T∆S
позволяет установить, какой из факторов, составляющих энергию Гиббса, ответственен за направление химической реакции.

TS
Если продукты реакции и исходные вещества находятся при одинаковой

температуре, то стандартное изменение энергии Гиббса в химической реакции равно:


Самопроизвольное протекание изобарно-изотермического процесса определяется двумя факторами: энтальпийным, связанным с уменьшением энтальпии системы (ΔH), и энтропийным TΔS, обусловленным увеличением беспорядка в системе вследствие роста ее энтропии.
Если ∆G < 0, то процесс идет cамопроизвольно в заданном направлении;
чем больше |∆G|, тем полнее вещества реагируют между собой;
реакции, сопровождающиеся большой потерей энергии Гиббса, протекают до конца и бурно, иногда со взрывом;
Если ∆G > 0, то процесс невозможен, самопроизвольно идет обратный процесс, а прямая реакция не идет совсем;
Если ∆G = 0, то имеет место термодинамическое равновесие.
Т.о., величина ∆G показывает меру реакционной способности взаимодействующих веществ, а ее знак – направленность данного процесса

протекать самопроизвольно только в направлении убывания энергии Гиббса до

достижения ее минимума, которому отвечает термодинамическое равновесное состояние системы.
Состояние термодинамического равновесия чрезвычайно устойчиво, так как при постоянстве давления и температуры система выйти из равновесного состояния не может, потому, что выход равен возрастанию энергии Гиббса.
Чтобы система вышла из состояния равновесия, необходимо изменить какие-либо внешние факторы (давление, температуру, концентрации веществ).

Изменение энергии Гиббса в обратимом и необратимом процессе

процессов протекает при температурах более высоких, чем стандартная (298К).

Для пересчета энергии Гиббса на более высокие температуры необходимы справочные данные по зависимости теплоемкостей от температуры.