Entalpia swobodna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Willarda Gibbsa 1873 wykres dostępnej energii (entalpii swobodnej), który ukazuje płaszczyznę prostopadłą do osi v (objętości) i przechodzącą przez punkt A, który przedstawia stan początkowy ciała. MN jest sieczną powierzchni energii rozproszonej. Qε i Qη są siecznymi płaszczyzn η = 0 i ε = 0, i dlatego są równoległe odpowiednio do osi ε (energii wewnętrznej) i η (entropii). AD i AE są energią wewnętrzną i entropią ciała w jego stanie początkowym, AB i AC odpowiednio jego dostępną energią (entalpią swobodną) i jego pojemnością dla entropii (ilość entropii, o którą entropia ciała może być zwiększona bez zmiany energii wewnętrznej ciała lub zwiększenia jego objętości).

Entalpia swobodna (funkcja Gibbsa, energia swobodna Gibbsa; symbol g lub G[a]) – potencjał termodynamiczny zdefiniowany następująco:

\scriptstyle G=U+pV-TS\,

co jest równoważne:

\scriptstyle G=H-TS=A+pV\,

gdzie

Z innymi potencjałami termodynamicznymi entalpia swobodna związana jest przez relacje:

G= \sum_{i=1}^{r} {\mu_i n_i} [2]
dG = -S dT + Vdp - dW_e + \sum_{i=1}^{r} {\mu_i dn_i}[3]

stąd:

S = - \left( \frac{\partial G}{\partial T} \right)_{p,n_1,\dots,n_r} [4]
V = \left( \frac{\partial G}{\partial p} \right)_{T,n_1,\dots,n_r} [4]
\mu_i =  \left( \frac{\partial G}{\partial n_i} \right)_{p,T,n_{j\ne i}} [5]

gdzie:

  • \scriptstyle r\, – liczba składników (różnych substancji)
  • \scriptstyle \mu_i\,potencjał chemiczny \scriptstyle i\,-tego składnika
  • \scriptstyle W_e\, – praca nieobjętościowa np elektryczna.

Entalpia swobodna w przemianach izotermiczno-izobarycznych (dp=0, dT=0) jest równa maksymalnej pracy nieobjętościowej \scriptstyle dG=dW_{max}\,, np. elektrycznej, którą można uzyskać w takiej przemianie. Dlatego odgrywa dużą rolę w elektrochemii.

W procesach samorzutnych przebiegających pod stałym ciśnieniem oraz w stałej temperaturze entalpia swobodna nie wzrasta (maleje lub zachowuje wartość). Kryterium to jest często stosowane gdyż reakcje chemiczne oraz zmiany stanów skupienia przebiegają często przy stałym ciśnieniu a przy możliwej zmianie objętości. Reakcja zachodzi samorzutnie przy stałym ciśnieniu i określonej temperaturze, tylko gdy entalpia swobodna substratów jest nie mniejsza od entalpii swobodnej produktów[6].

Warunek kierunku przebiegu reakcji zapisuje się matematycznie:

\scriptstyle dG_{T,p} \leqslant 0 \,

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Uwagi

  1. Małą literę stosuje się w ujęciu ogólnym, dużą dla wielkości molowej[1].

Przypisy

  1. Witold Tomassi, Helena Jankowska: Chemia fizyczna. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1980, s. 34. ISBN 83-204-0179-8.
  2. Kacper Zalewski: Wykłady z termodynamiki fenomenologicznej i statystycznej. Warszawa: PWN, 1978, s. 114.
  3. Kacper Zalewski: Wykłady z termodynamiki fenomenologicznej i statystycznej. Warszawa: PWN, 1978, s. 107.
  4. 4,0 4,1 Peter William Atkins: Chemia fizyczna. PWN, 2001, s. 120. ISBN 83-01-13502-6.
  5. Kacper Zalewski: Wykłady z termodynamiki fenomenologicznej i statystycznej. Warszawa: PWN, 1978, s. 108.
  6. Peter William Atkins: Chemia fizyczna. PWN, 2001, s. 202. ISBN 83-01-13502-6.