Максимальная работа при постоянном давлении равна
А
=
-H
+ TS
(16)
или
А
=
-(H2
– H1)
+ T(S2
– S1)
= -[(H2
– TS2)
– (H1
– TS1)] (17)
где H1, S1 и H2, S2 – величина энтальпии и энтропии системы в исходном и конечном состояниях соответственно.
Разность (H – TS) называют энергией Гиббса системы и обозначают буквой G. Таким образом,
А
=
-G.
(18)
Энергия Гиббса химической реакции. Энергия Гиббса G (изобарно-изотермический потенциал) термодинамическая функция состояния системы (кДж/моль). Изменение энергии Гиббса в системе при протекании химической реакции G называют энергией Гиббса химической реакции. Согласно уравнениям (16) и (18),
G = H - TS, (19)
где G,H и S – изменение соответствующих термодинамических функций в ходе реакции, протекающей при р = const и температуре Т.
Данную формулу целесообразно использовать при условиях отличных от стандартных.
Исходя из (19), энергия Гиббса химической реакции характеризует направление и предел самопроизвольного протекания реакции в условиях постоянства температуры и давления.
Энергия Гиббса химической реакции G, являясь изменением термодинамической функции состояния системы, равна сумме энергий Гиббса образования продуктов реакции за вычетом суммы энергий Гиббса образования исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции.
Gх.р. = Gобр. (прод. р-ции) - Gобр (исх. в-в.) (20)
Стандартная
энергия Гиббса
химической реакции
G
равна
разности сумм
стандартных
энергий Гиббса образования G
,
обр
продуктов
реакции и исходных веществ
с учетом их стехиометрических коэффициентов
в уравнении реакции.
Стандартной
энергией Гиббса образования химического
соединения
G
,
обр
называют
энергию
Гиббса реакции образования одного моля
этого соединения,
находящегося в стандартном состоянии,
из соответствующих
простых веществ, также находящихся
в стандартных состояниях и
термодинамически устойчивых при данной
температуре фазах и модификациях
(таблица А.1).
Стандартные энергии Гиббса образования простых веществ принимают равными нулю, если их агрегатные состояния и модификации устойчивы при стандартных условиях.
Энергия Гельмгольца химической реакции. Энергия Гельмгольца также является термодинамической функцией состояния системы (кДж/моль). Изменение энергии Гельмгольца в системе при протекании реакции называют энергией Гельмгольца химической реакции. Согласно (15) и (17),
F = U -TS (21)
где F, U и S – изменение соответствующих термодинамических функций в ходе реакции, протекающей при V= const и температуре Т.
Величина F характеризует направление и предел самопроизвольного течения реакций в изохорно-изотермических условиях.
На рисунке 1 приведены соотношения между основными термодинамическими функциями состояния системы.

Рисунок 1 – Соотношение важнейших термодинамических функций.
Направление
и пределы самопроизвольного течения
химических
реакций. В
соответствии с (15) и (18)
положительной
максимальной
работе А
или
А
отвечают
отрицательные значения
энергии Гельмгольца F
и энергии Гиббса G
химических реакций.
Иными
словами, при постоянных температуре и
давлении
(изобарно-изотермические условия)
реакция протекает самопроизвольно в
том направлении, которому
отвечает убыль
энергии Гиббса системы.
Поэтому
условием самопроизвольного течения
химической реакции при заданных р
и
Т
является
неравенство
G<0. (22)
При постоянных температуре и объеме реакция протекает самопроизвольно в том направлении, которому отвечает убыль энергии Гельмгольца системы. Поэтому условием самопроизвольного течения химической реакции при заданных V и Т является неравенство
F<0. (23)
Итак, любая реакция при постоянных температуре и давлении протекает самопроизвольно в направлении убыли энергии Гиббса.
Пределом этой убыли является минимальное значение G, отвечающее состоянию равновесия системы (G=0). Исходя из этого можно определить температуру химического равновесия из определения энергии Гиббса:
T = H/S . (24)
Химическое равновесие имеет динамический характер. Скорость реакции (число частиц вещества, образующихся в единицу времени в единице объема) в прямом направлении равна скорости реакции в обратном направлении.
Однако необходимо понимать, что термодинамика «не знает», пойдет ли реакция в действительности, а говорит только, что она термодинамически разрешена, т.е. в принципе возможна. Однако это не значит, что термодинамические расчеты бесполезны – если термодинамика утверждает, что какая-либо реакция термодинамически разрешена, то можно подобрать условия (подходящий катализатор, температуру, давление) и осуществить ее. В том случае, когда реакция термодинамически запрещена, бессмысленно искать пути ее реализации.
