გიბსის თავისუფალი ენერგია და სპონტანურობა

საკვანძო საკითხები

• თერმოდინამიკის მეორე კანონის ნებისმიერი სპონტანური პროცესი ყოველთვის ზრდის სამყაროს ენტროპიას: $\Delta \text {S}_{\text{სამყარო}}=\Delta \text {S}_{\text{სისტემა}} + \Delta \text {S}_{\text{გარემო}} > 0$delta, start text, S, end text, start subscript, start text, ს, ა, მ, ყ, ა, რ, ო, end text, end subscript, equals, delta, start text, S, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript, plus, delta, start text, S, end text, start subscript, start text, გ, ა, რ, ე, მ, ო, end text, end subscript, is greater than, 0
• მუდმივი ტემპერატურისა და წნევის პირობებში, გიბსის თავისუფალი ენერგიის ცვლილება განისაზღვრება, როგორც $\Delta \text G = \Delta \text H - \text{T}\Delta \text S$delta, start text, G, end text, equals, delta, start text, H, end text, minus, start text, T, end text, delta, start text, S, end text.
• როცა $\Delta \text G$delta, start text, G, end text უარყოფითია, პროცესი წარიმართება სპონტანურად და მას დავუძახებთ ეგზერგონულს.
• პროცესის სპონტანურობა შეიძლება ტემპერატურაზე იყოს დამოკიდებული.

სპონტანური პროცესები

გიბსის თავისუფალი ენერგია და სპონტანურობა

• როცა $\Delta \text G<0$delta, start text, G, end text, is less than, 0-ზე, პროცესი ეგზერგონულია და რეაქცია წარიმართება სპონტანურად პირდაპირი მიმართულებით და წარმოიქმნება მეტი საბოლოო ნივთიერება.
• როცა $\Delta \text G>0$delta, start text, G, end text, is greater than, 0, პროცესი ენდერგონულია და არ წარიმართება სპონტანურად პირდაპირი მიმართულებით, ამის მაგივრად, პროცესი სპონტანურად მიმდინარეობს შებრუნებული მიმართულებით და წარმოიქმნება მეტი თავდაპირველი ნივთიერება.
• როცა $\Delta \text G=0$delta, start text, G, end text, equals, 0 სისტემა წონასწორობაშია და საწყისი და საბოლოო ნივთიერებათა კონცენტრაციები მუდმივი იქნება.

  [რა არის წონასწორობა?]

გიბსის თავისუფალი ენერგიის ცვლილების გამოთვლა

• $\Delta \text H_{\text{რეაქცია}}$delta, start text, H, end text, start subscript, start text, რ, ე, ა, ქ, ც, ი, ა, end text, end subscript-ის შეფასება ბმის ენთალპიის გამოყენებით
• $\Delta \text H$delta, start text, H, end text-ის გამოთვლა წარმოქმნის სტანდარტული სითბოს, $\Delta_f \text H^\circ$delta, start subscript, f, end subscript, start text, H, end text, degrees-ის, გამოყენებით
• $\Delta \text H$delta, start text, H, end text-ის და $\Delta \text S$delta, start text, S, end text-ის გამოთვლა სტანდარტული მნიშვნელობების ცხრილების გამოყენებით

როდისაა $\Delta \text G$delta, start text, G, end text უარყოფითი?

• ენთალპიის ცვლილება $\Delta \text H_{\text{სისტემა}}$delta, start text, H, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript
• ტემპერატურა $\text T$start text, T, end text
• ენტროპიის ცვლილება $\Delta \text S_{\text{სისტემა}}$delta, start text, S, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript

• როცა პროცესი ეგზოთერმულია (($\Delta \text H_{\text{სისტემა}}<0$delta, start text, H, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript, is less than, 0) და სისტემის ენტროპია იზრდება ($\Delta \text S_{\text{სისტემა}}>0$delta, start text, S, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript, is greater than, 0), $\Delta \text G_{\text{სისტემა}}$delta, start text, G, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript-ს ნიშანი უარყოფითია ყველა ტემპერატურაზე, ასე რომ, პროცესი ყოველთვის სპონტანურია.
• როცა პროცესი ენდოთერმულია, $\Delta \text H_{\text{სისტემა}}>0$delta, start text, H, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript, is greater than, 0 და სისტემის ენტროპია მცირდება, $\Delta \text S_{\text{სისტემა}}<0$delta, start text, S, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript, is less than, 0, $\Delta \text G$delta, start text, G, end text-ს ნიშანი ყველა ტემპერატურაზე დადებითია, ასე რომ, პროცესი არასდროსაა სპონტანური.

• ეგზოთერმული რეაქციები ($\Delta \text H_\text{სისტემა}<0$delta, start text, H, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript, is less than, 0), რომლებიც სისტემის ენტროპიას ამცირებენ ($\Delta \text S_\text{სისტემა}<0$delta, start text, S, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript, is less than, 0), დაბალ ტემპერატურაზე სპონტანურად მიმდინარეობენ.
• ენდოთერმული რეაქციები ($\Delta \text H_\text{სისტემა}>0$delta, start text, H, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript, is greater than, 0), რომლებიც სისტემის ენტროპიას ზრდიან ($\Delta \text S_\text{სისტემა}>0$delta, start text, S, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript, is greater than, 0), სპონტანურად მიმდინარეობენ მაღალ ტემპერატურაზე.

მაგალითი $1$1: ყინულის დნობის $\Delta \text G$delta, start text, G, end text-ს გამოთვლა

მოდით, წინასწარ ვნახოთ, კიდევ სად შეიძლება $\Delta \text G$delta, start text, G, end text-ს გამოყენება:

• ქიმიურ წონასწორობაში $\Delta \text G$delta, start text, G, end text-ს ვუკავშირებთ წონასწორობის მუდმივას $\text K$start text, K, end text-ს.
• ელექტროქიმიაში $\Delta \text G$delta, start text, G, end text დაკავშირებულია ელემენტის ძაბვასთან, $\text E_\text{ელემენტი}$start text, E, end text, start subscript, start text, ე, ლ, ე, მ, ე, ნ, ტ, ი, end text, end subscript-თან.

შეჯამება

• თერმოდინამიკის მეორე კანონის მიხედვით, სპონტანური პროცესები ყოველთვის ზრდიან სამყაროს ენტროპიას: $\Delta \text {S}_{\text{სამყარო}}=\Delta \text {S}_{\text{სისტემა}} + \Delta \text {S}_{\text{გარემო}} > 0$delta, start text, S, end text, start subscript, start text, ს, ა, მ, ყ, ა, რ, ო, end text, end subscript, equals, delta, start text, S, end text, start subscript, start text, ს, ი, ს, ტ, ე, მ, ა, end text, end subscript, plus, delta, start text, S, end text, start subscript, start text, გ, ა, რ, ე, მ, ო, end text, end subscript, is greater than, 0
• მუდმივ ტემპერატურასა და წნევაზე გიბსის თავისუფალი ენერგიის ცვლილება გამოისახება შემდეგნაირად: $\Delta \text G = \Delta \text H - \text{T}\Delta \text S$delta, start text, G, end text, equals, delta, start text, H, end text, minus, start text, T, end text, delta, start text, S, end text.
• როცა $\Delta \text G$delta, start text, G, end text უარყოფითია, პროცესი წარიმართება სპონტანურად და მას დავუძახებთ ეგზერგონულს.
• $\Delta \text H$delta, start text, H, end text-ის და $\Delta \text S$delta, start text, S, end text-ს ნიშნების მიხედვით, პროცესის სპონტანურობა შეიძლება შეიცვალოს სხვადასხვა ტემპერატურაზე.

სცადე!