Asosiy kontent
Kimyo
Course: Kimyo > Unit 15
Lesson 4: Gibbsning erkin energiyasi- Gibbsning erkin energiyasi va spontanlik (oʻz-oʻzidan sodir boʻlish)
- Gibbsning erkin energiyasi va spontanlik (oʻz-oʻzidan sodir boʻlish)
- Gibbsning erkin energiyasiga misol
- Gibbsning erkin energiyasi/spontanlik yanada mustahkamroq bogʻliqlik
- Bir qarashda jozibador, ammo xato boʻlgan Gibbsning spontanlik dalili
- Erkin energiyaning oʻzgarishi va reaksiya koeffitsiyenti
- Erkin energiyaning standart oʻzgarishi va muvozanat konstantasi
- 2015 AP Chemistry free response 2c
© 2023 Khan AcademyFoydalanish shartlariMaxfiylik siyosatiCookie Notice
Gibbsning erkin energiyasi va spontanlik (oʻz-oʻzidan sodir boʻlish)
Termodinamikaning ikkinchi qonuni qanday qilib jarayon oʻz-oʻzidan sodir boʻlish yoki boʻlmasligini aniqlashga yordam beradi va Gibbs erkin energiyasining oʻzgarishidan foydalanib reaksiya oʻz-oʻzidan oʻngga yoki chapga siljiydimi, yoʻqmi (muvozanatdami!) aytib beradi.
Asosiy tushunchalar
- Termodinamikaning ikkinchi qonuniga koʻra borliqning entropiyasi spontan (oʻz-oʻzidan sodir boʻladigan) jarayonlar natijasida doimiy ravishda oshib boradi:
- Oʻzgarmas bosim va haroratda Gibbs erkin energiyasining oʻzgarishi
formula bilan aniqlanadi. manfiy boʻlsa, jarayon oʻz-oʻzidan boradi va ekzergonik deb ataladi.- Spontan jarayonlar haroratga bogʻliq boʻladi.
Spontan (oʻz-oʻzidan sodir boʻladigan) jarayonlar
Kimyoda oʻz-oʻzidan boradigan jarayonlar tashqi muhitdan energiya olmasdan sodir boʻladi. Spontan jarayonlar tez yoki sekin borishi mumkin, chunki spontanlikning (oʻz-oʻzidan sodir boʻlish) kinetikasi yoki reaksiya tezligi yoʻq. Klassik misol sifatida quyidagi reaksiyani keltirishimiz mumkin: olmos shaklidagi uglerodning grafitga aylanish jarayoni
Bu reaksiya shunchalik uzoq davom etadiki, odamlarning odatiy vaqt hisobi bilan aniqlab boʻlmaydi, shuning uchun “olmos abadiydir” deyishadi. Agar biz yetarlicha uzoq kutishimiz mumkin boʻlganda edi, biz olmos shaklidagi uglerodning yanada barqaror, ammo kamroq yorqin, grafit shakliga aylanishini koʻrishimiz mumkin boʻlardi.
Yodda tutish kerak boʻlgan yana bir narsa, spontan jarayonlar ekzotermik yoki endotermik boʻlishi mumkin. Bu esa spontan jarayonlarning entalpiya oʻzgarishi bilan bogʻliq emasligini taʼkidlashning yana bir usulidir.
Jarayon oʻz-oʻzidan sodir boʻlishini qanday bilamiz? Qisqa, ammo biroz murakkab javob: biz termodinamikaning ikkinchi qonunini qoʻllashimiz mumkin. Termodinamikaning ikkinchi qonuniga koʻra har qanday oʻz-oʻzidan sodir boʻladigan jarayon borliqdagi entropiyasini orttirishi kerak. Buni matematik tarzda quyidagicha ifodalash mumkin:
Ajoyib! Shunday qilib, biz butun borliqning entropiyasi oʻzgarishini oʻlchashimiz kerak, toʻgʻrimi? Baxtga qarshi, yuqorida koʻrsatilgan usulda ikkinchi qonunni amalda qoʻllashda biroz noqulayliklar boʻlishi mumkin. Dastlab kimyogarlar uzoq vaqt stakandagi kimyoviy reaksiya ketganda sistemaning oʻzgarishi bilan qiziqishgan. Haqiqatan ham biz butun olamni oʻrganishimiz kerakmi? (Bu kimyogarlar dangasa yoki boshqa degani emas, lekin biz buni qanday qilishimiz mumkin?)
Yaxshiyamki, kimyogarlar borliqning entropiya oʻzgarishini Gibbs erkin energiyasi deb nomlangan yangi termodinamik qiymatni aniqlash va qoʻllash orqali topishlari mumkin.
Gibbsning erkin energiyasi va spontanlik (oʻz-oʻzidan sodir boʻlish)
Jarayon doimiy harorat va doimiy bosimda borsa, biz termodinamikaning ikkinchi qonuniga biroz oʻzgartirish kiritib, Gibbsning erkin energiyasi deb nomlanadigan yangi kattalikni topishimiz mumkin:
bu yerda entalpiya, temperatura (kelvinda, ) va entropiya. Gibbsning erkin energiyasi harfi bilan belgilanadi va oʻlchov birligi .
Gibbsning erkin eneriyasidan spontan jarayonlarni aniqlashda foydalanganimizda biz uning mutloq qiymati ni emas, faqatgina uning oʻzgarishini topamiz. Shunday qilib, Gibbs erkin energiyasining oʻzgarishi , mahsulotlarning Gibbsning erkin energiyasi va reagentlarning Gibbs erkin energiyalari oʻrtasidagi farqqa teng boʻladi.
Bundan tashqari koʻrishingiz mumkinki, ushbu reaksiya tenglamasidagi termodinamik qiymatlar sistemaga (atrof-muhit yoki borliqqa emas!) tegishli ekani koʻrsatilmagan holda yozilgan, ammo bu qiymatlar va sistema uchun ekani hammaga tushunarli. Ushbu tenglama juda qiziqarli, chunki sistema entalpiyasining oʻzgarishi va entropiyasining oʻzgarishidan foydalanib Gibbsning erkin energiyasini oʻzgarishini topishimiz mumkin. dan foydalanib biz reaksiya spontan ravishda ketib toʻgʻri yoʻnalishda boradimi, yoki teskari yoʻnalishda ketadimi, yoki muvozanatda boʻladimi, degan savollarga javob topishimiz mumkin.
- Agar
boʻlsa, jarayon ekzergonik boʻladi va koʻproq mahsulot hosil boʻlib, oʻz-oʻzidan toʻgʻri yoʻnalishda ketadi. - Agar
boʻlsa, jarayon endergonik boʻladi va oʻz-oʻzicha toʻgʻri yoʻnalishda ketmaydi. Aksincha, teskari yoʻnalishga, boshlangʻich mahsulotlar hosil boʻlishi tomon ketadi. - Agar
boʻlsa, sistema muvozanatda boʻladi va mahsulot va reagentning konsentratsiyasi oʻzgarmas boʻlib qoladi.
Gibbs erkin energiyasi oʻzgarishini hisoblash
- Standart qiymatlar jadvalidan foydalanib
va ni hisoblash
Jarayon standart sharoitda (barcha gazlar bosimda, barcha konsentratsiyalar va ) boʻlsa, biz ning hosil boʻlishini standart erkin energiyasidan foydalanib hisoblashimiz mumkin.
Masalani yechish uchun maslahat: va dan foydalanib ni topayotganda oʻlchov birliklariga eʼtiborli boʻlish juda muhim! odatda bilan ifodalanadi, koʻp hollarda bilan beriladi. Oʻrtadagi farq baravarni tashkil qiladi!!
Nima uchun manfiy?
Agar biz tenglamamizni batafsilroq koʻrib chiqsak, ning qiymati ta qiymatga bogʻliqligini koʻramiz:
- entalpiyaning oʻzgarishi
- harorat
- entropiyaning oʻzgarishi
Ushbu tenglamada temperatura doimo musbat (yoki nol) boʻladi, chunki uning oʻlchov birligi da berilgan. Shuning uchun tenglamamizning ikkinchi qismi ning ishorasi niki bilan bir xil boʻladi. Qanday jarayonlarda manfiy boʻlishi haqida quyidagi xulosalarga kelishimiz mumkin:
- Jarayon ekzotermik boʻlsa (
) va sistema entropiyasi ortsa ( ) ning ishorasi har qanday haroratda manfiy boʻladi. Demak, jarayon har doim spontan boʻladi, yaʼni oʻz-oʻzidan boradi. - Jarayon endotermik boʻlib,
, sistemaning entropiyasi kamaysa ning ishorasi barcha haroratlarda musbat boʻladi. Demak, jarayon hech qachon spontan boʻlmaydi.
- Sistemaning entropiyasini kamaytiradigan (
) ekzotermik reaksiyalar ( ) past temperaturalarda oʻz-oʻzidan boradi. - Sistemaning entropiyasini orttiradigan (
) endotermik reaksiyalar ( ) yuqori temperaturalarda oʻz-oʻzidan boradi.
Kundalik hayotingizda maʼlum bir haroratlarda oʻz-oʻzidan boradigan, ammo boshqa temperaturalarda bormaydigan reaksiyalar haqida eslay olasizmi?
-masala: eriyotgan muzning qiymatini topish
Keling, spontan jarayonlarga temperaturaning taʼsiri koʻrsatilgan misolni koʻrib chiqamiz. Suv uchun erish entalpiyasi va erish entropiyasi quyidagi qiymatlarga ega:
Biz koʻrib chiqayotgan jarayonda suvning fazasi qattiqdan suyuqqa oʻzgarmoqda:
Ushbu misolda biz ni hisoblash uchun quyidagi formuladan foydalanishimiz mumkin:
Yaxshiyamki, biz allaqachon bu jarayon uchun va ning qiymatlarini bilamiz. Biz shunchaki birliklarimizni tekshirib olamiz, yaʼni entropiya va entalpiya bir xil birlikda ekaniga ishonch hosil qilamiz va temperaturani Kelvinga oʻtkazamiz:
Agar biz , va larning qiymatlarini tenglamamizga qoʻysak, quyidagilarni olamiz:
Nazorat savoli: da eriyotgan muz uchun ning qiymati qanday boʻladi?
ning boshqa tatbiqlari: oldindan aytib berish
Laboratoriyada tajribalarni bajarmasdan oldin ni hisoblab topishning katta foydasi tegishi mumkin! Biz koʻpincha reaksiya maʼlum haroratda qanday yoʻnalishda ketishini bilishni xohlaymiz, ayniqsa, aniq bir mahsulot olishni reja qilgan boʻlsak. Biz reaksiya maʼlum bir yoʻnalishda ketishini (mahsulotimiz hosil boʻlishi tomon) xohlashimiz mumkin, ammo musbat bilan bahslashish qiyin!
Termodinamika kimyoning boshqa sohalariga oid tushunchalar bilan ham bogʻlangan. Masalan:
- Kimyoviy muvozanatdagi muvozanat konstantasi
bilan bogʻliqligi. - Elektrokimyodagi elektr yurituvchi kuch
bilan ning bogʻliqligi.
Xulosa
- Termodinamikaning ikkinchi qonuniga koʻra borliqning entropiyasi spontan jarayonlar natijasida doimo ortib boradi:
- Oʻzgarmas bosim va temperaturada Gibbs erkin energiyasining oʻzgarishi
ga teng boʻladi. manfiy boʻlsa, jarayon oʻz-oʻzidan boradi va ekzergonik deb ataladi. va ning ishorasiga qarab, turli haroratlarda jarayonning spontanligi (oʻz-oʻzicha borish imkoniyati) oʻzgarishi mumkin.
Urinib koʻring!
Quyidagi reaksiya uchun va :
Qanday temperaturada ushbu reaksiya oʻz-oʻzidan boradi?
Eslatma: unutmang, va ning qiymatlari temperaturaga bogʻliq emas, deb oling.
Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?
Hozircha izohlar yoʻq.