1.3.3 Розрахунок зміни ентропії при перебігу хімічного процесу за стандартних умов

Якщо в системі перебігає хімічний процес (1.1), то зміна ентропії при перебігу хімічної реакції

= ( + ) – ( + ) чи = ,

(1.34)

де і – стандартні ентропії вихідних речовин; , – стандартні ентропії продуктів реакції; – стехіометричні коефіцієнти в рівнянні хімічної реакції.

Таким чином, зміна ентропії хімічної реакції дорівнює алгебраїчній сумі ентропій продуктів реакції мінус алгебраїчна сума вихідних речовин.

Приклад 14. Для хімічної реакції MnO_2(кр.) + 2C_{(графіт)} → 2CO_(г.) + Mn_(α) визначити зміну ентропії за с.у.

Розв’язок. Згідно з рівнянням (1.34) запишемо:

Для цього виписуємо дані з довідника (див. таблиця 1.3).

Таблиця 1.3 – Стандартні ентропії продуктів реакції та вихідних речовин.

Речовина	MnO2(кр.)	C(графіт)	CO(г.)	Mn(α)
	53,14	5,74	1 97,55	32,01

.

Зміна ентропії внаслідок перебігу хімічної реакції може бути додатною ( , ентропія системи в реакції зростає), від’ємною ( , ентропія зменшується), дорівнювати нулю ( , ентропія в ході реакції залишається сталою).

1.3.4 Зміна ентропії хімічного процесу при температурі, що відрізняється від стандартної реакції

У відповідності з другим законом термодинаміки для необоротних ізобарних процесів:

,

(1.35)

де , тоді , звідки або . Якщо , то вираз для розрахунку ентропії процесу, який відбувається при температурі Т буде набувати наступного вигляду:

.

(1.36)

При цьому, якщо

1) для конденсованих систем, то

;

(1.37)

2) , то

;

(1.38)

3) , то

.

(1.39)

Приклад 15. Для хімічної реакції MnO_2(кр.) + 2C_{(графіт)} → 2CO_(г.) + Mn_(α) визначити зміну ентропії при Т = 500К, за умов, що .

Розв’язок. З попередніх прикладів виписуємо, що , . Скориставшись рівнянням (1.38), визначаємо:

1.4 Термодинамічні потенціали. Критерії напрямку самочинних процесів

При Р=const і Т=const критерієм напрямку процесу є ізобарно-ізотермічний потенціал або енергія Гіббса G.

Самочинні ізобарно-ізотермічні процеси перебігають в напрямку зменшення ізобарного потенціалу до стану рівноваги, яке відповідає мінімальному для даної системи значенню G (умови рівноваги dG=0).

При dT=0, dP=0 –

= – відповідає оборотнім процесам.

1.4.1 Зміна ізобарно-ізотермічного потенціалу в хімічному процесі

Якщо в системі протікає процес (1.1), то зміна ізобарно-ізотермічного потенціалу буде визначатися як:

= ( + ) – ( + ) чи ,

(1.40)

де і – стандартні енергії Гіббса (ізобарно-ізотермічні потенціали) утворення вихідних речовин; , – стандартні енергії Гіббса (ізобарно-ізотермічні потенціали) утворення продуктів реакції; – стехіометричні коефіцієнти в рівнянні хімічної реакції.

Таким чином, зміна енергії Гіббса в результаті перебігу хімічної реакції дорівнює алгебраїчній сумі ізобарно-ізотермічних потенціалів утворення продуктів реакції мінус алгебраїчна сума ізобарно-ізотермічних потенціалів вихідних речовин.

Приклад 16. Для хімічної реакції MnO_2(кр.) + 2C_{(графіт)} → 2CO_(г.) + Mn_(α) визначити зміну енергії Гіббса за с.у.(напрямок перебігу процесу за с.у.)

Розв’язок. Згідно з формулою (1.40) запишемо:

Для цього виписуємо дані з довідника (див. таблиця 1.4).

Таблиця 1.4 – Стандартна енергія Гіббса продуктів реакції та вихідних речовин.

Речовина	MnO2(кр.)	C(графіт)	CO(г.)	Mn(α)
	-466,68	0	-137,15	0

Оскільки > 0, то реакція перебігає в зворотному напрямку.

Якщо при розрахунках:

ΔG⁰_х.р.<0 – це означає, що коли всі речовини, які беруть участь у хімічному процесі, знаходяться у стандартних умовах, реакція перебігає у прямому напрямку;

ΔG⁰_х.р.>0 – це означає, що прямий процес за даних умов неможливий, а вірогідне протікання зворотнього процесу.

ΔG⁰_х.р.=0 – це означає, що система знаходиться у стані рівноваги.