Енергія Гіббса процесу
Якщо який-небудь процес протікає в системі з постійним тиском і температурою, тоді другий закон термодинаміки можна переписати в наступному вигляді: G=H−TS. Величина G – вільна енергія Гіббса має розмірність кДж/моль. Визначення спонтанності протікання конкретної реакції залежить від знака зміни цієї величини, тобто ΔG. У підсумку другий закон термодинаміки прийме форму: ΔG=ΔH−TΔS. Можливі такі випадки:
- ΔG<0 – реакція називається экзергонической і довільно відбувається в прямому напрямку з утворенням продуктів;
- ΔG>0 – эндергоническая реакція, яка не може довільно відбуватися в прямому напрямку, але буде самостійно йти у зворотному напрямку зі збільшенням кількості реагентів;
- ΔG=0 – система знаходиться в рівновазі, і концентрації реагентів м продуктів залишаються постійними скільки завгодно тривалий час.
Аналіз отриманого рівняння
Введене вираз для другого закону термодинаміки дозволяє визначити, в якому випадку процес може протікати довільно. Для цього необхідно проаналізувати три величини: зміна ентальпії ΔH, зміна ентропії ΔS і температура T. Зазначимо, що температура виражається в абсолютних одиницях міжнародної системи мір і ваг, тобто в Кельвінах, тому вона завжди є позитивною величиною.
Напрямок протікання реакції не залежить від температури якщо:
- Реакція є екзотермічною (ΔH<0) і її ентропія зростає (ΔS>0). У такому разі процес довільно йде завжди в прямому напрямку;
- Реакція ендотермічний характеру (ΔH>0) і зміна її ентропії негативне (ΔS<0). Процес ніколи не піде спонтанно в прямому напрямку.
Якщо ж знаки зміни величин ΔH і ΔS збігаються, тоді вже температура відіграє важливу роль у можливості протікання такого процесу. Так, екзотермічна реакція буде йти довільно при низьких температурах, а екзотермічна реакція – при високих.
