Самопроизвольные изменения и свободная энергия

Все адсорбционные процессы, включая физическую адсорбцию, протекают с выделением тепла. Чтобы адсорбция происходила самопроизвольно, изменение свободной энергии АС должно быть отрицательным. Согласно законам термодинамики, [c.662]

Смачивание можно трактовать с этой оговоркой как процесс самопроизвольного изменения свободной энергии системы, состоящей из трех фаз (адгезив, субстрат, газообразная среда). [c.92]

Таким образом, системы, ие находящиеся в равновесии, претерпевают самопроизвольные изменения, только если при этом свободная энергия уменьшается (приращение свободной энергии отрицательно). Когда равновесие достигнуто, никакого дальнейшего самопроизвольного изменения свободной энергии системы происходить не может. Если система находится в равновесии, количество доступной свободной энергии равно нулю. И напротив, систему, уже находящуюся в равновесии, можно вывести из него, только если каким-то образом ей становится доступна свободная энергия. Такого рода использование свободной энергии представляет собой выполнение работы. [c.326]

Поскольку такой процесс происходит самопроизвольно, изменение свободной энергии более концентрированного раствора, который в результате диффузии становится более разбавленным, должно быть отрицательным, и при надлежащих условиях эта энергия могла бы быть использована для совершения работы. Действительно, такие системы представляют собой важные физиологические устройства. Зависимость изменения свободной энергии от концент- [c.326]

Гиббс ввел понятие свободная энергия . (Необходимость введения этого понятия была обусловлена тем, что измерить изменение величины свободной энергии легче, чем измерить изменение энтропии.) Любая химическая реакция сопровождается изменением свободной энергии системы. Изменение теплосодержания строго соответствует уменьшению свободной энергии и увеличению энтропии. Поскольку обычно самопроизвольные реакции сопровождаются выделением теплоты, то теплосодержание системы при протекании таких реакций уменьшается. Однако в некоторых, хотя и считанных случаях изменение свободной энергии и энтропии бывает таким, что теплосодержание системы увеличивается, и тогда самопроизвольная реакция идет с поглощением энергии. [c.113]

Как известно, процесс растворения веществ друг в Друге (смешение компонентов) сопровождается изменением свободной энергии системы АР. При этом лишь в том случае, когда АР смешения отрицательна, т. е. АР = АН — ГА5 < О, имеет место самопроизвольное растворение (АН и А5 — соответственно, изменение энтропии и энтальпии системы). [c.33]

Нетрудно показать, что для реакций, протекающих при постоянном давлении и те шературе, самопроизвольным является всякий процесс, в результате которого происходит уменьшение свободной энергии. Рассмотрим полную свободную энергию, G, системы веществ в реакционном сосуде изменение свободной энергии этой системы в результате химической реакции связано с изменениями энтальпии и энтропии соотношением [c.68]

Рис. 16-7. Изменение свободной энергии при постоянных температуре и давлении. В этих условиях С обладает свойствами химической потенциальной функции. Все самопроизвольно протекающие процессы

Итак, движущая сила реакции, проводимой при постоянных давлении и температуре, измеряется изменением свободной энергии продуктов по сравнению с реагентами. Если изменение свободной энергии отрицательно, реакция протекает самопроизвольно если изменение свободной энергии положительно, реакция протекает самопроизвольно в противоположном направлении если же изменение свободной энергии равно нулю, реагенты и продукты находятся в равновесии. Изменение свободной энергии складывается из двух составляющих AG = АН — TAS. Значительное уменьшение энтальпии, означающее выделение теплоты, благоприятствует протеканию реакции. Но следует учитывать и другой фактор. Значительное возрастание энтропии при образовании продуктов из реагентов также благоприятствует реакции. При обычных температурах энтропийный фактор, как правило, невелик, и поэтому AG и АН имеют одинаковые знаки. В таких случаях самопроизвольные реакции оказываются экзотермическими. Но возможны и другие варианты, когда энтальпийный и энтропийный факторы действуют в противоположных направлениях, и может случиться, что энтропийный член оказывается преобладающим. Это относится главным образом к реакциям, в которых происходит превращение твердого или жидкого вешества в газы или растворы. [c.75]

Способность реакции к самопроизвольному протеканию при постоянных давлении и температуре измеряется изменением свободной энергии ДС в расчете на моль реакции. Если для реакции, которая может сопровождаться вьшолнением единственного вида работы типа PV, изменение свободной энергии, ДС, отрицательно, реакция протекает самопроизвольно. Если же ДС положительно, реакция протекает самопроизвольно в обратном направлении. В тех случаях, когда ДС = О, реакция находится в состоянии равновесия. Другими словами, свободная энергия представляет собой химическую потенциальную функцию, минимизация которой позволяет определить положение химического равновесия. [c.83]

Вычислите изменение свободной энергии для процесса перехода алмаза в графит. На основании полученного результата ответьте, почему бриллианты в ювелирных изделиях со временем самопроизвольно не превращаются в кусочки графита [c.88]

Любой реакции присуще свойство самопроизвольно смещаться к равновесию. Это утверждение ничего не говорит о скорости, с которой реакция может достигать положения равновесия, оно указывает только на наличие движущей силы в направлении к равновесию. Эта движущая сила химической реакции измеряется свободной энергией реакции. Изменение свободной энергии представляет собой количество энергии, которая может быть израсходована для выполнения работы или служить движущей силой химической реакции. На рис. 17-1 изображена гидростатическая аналогия свободной энергии реакции перепад уровней воды между резервуаром и сливным сосудом имитируют изменения свободной энергии AG. [c.93]

Что можно сказать о стандартном изменении свободной энергии для реакции, если эта реакция протекает самопроизвольно, когда реагенты и продукты находятся в их стандартных состояниях Что можно ска- [c.113]

Должна ли реакция протекать самопроизвольно при любых экспериментальных условиях, если для нее стандартное изменение свободной энергии отрицательно [c.114]

Поскольку электрон имеет отрицательный заряд, он должен самопроизвольно перемещаться из области с низким потенциалом в область с высоким потенциалом. Для одного электрона, перемещаемого между точками с разностью потенциалов У в направлении повышения потенциала, изменение свободной энергии составляет [c.172]

Она самопроизвольно протекает слева направо и характеризуется стандартным изменением свободной энергии [c.177]

Принципиальная возможность или невозможность самопроизвольного протекания процесса электрохимической коррозии металла, так же как и химической коррозии, определяется знаком изменения свободной энергии процесса. Возможно самопроизвольное протекание только коррозионных процессов, которое сопровождается убылью изобарно-изотермического потенциала, т. е. AGr < 0. При электрохимической коррозии металлов для расчетов более удобно пользоваться электрохимическими данными — электродными потенциалами. Термодинамически возможен процесс электрохимической коррозии, для которого соблюдается условие [c.181]

Одним из основополагающих определений термодинамики, позволяющим заранее установить, в каком направлении в заданных условиях пойдет самопроизвольный процесс в системе, состоящей из данных веществ, является следующее процессы протекают самопроизвольно в том направлении, в котором изменение свободной энергии идет в сторону ее уменьшения. [c.9]

Рис. 18.7. Аналогия между изменением потенциальной энергии камня, скатывающегося с холма (а), и изменением свободной энергии в самопроизвольной реакции (б). Положение равновесия в случае а определяется минимумом потенциальной энергии, которой может обладать система. Положение равновесия в случае б определяется минимумом свободной энергии, которой может обладать система.

Какие сведения дает стандартное изменение свободной энергии в химической реакции Величина АС° позволяет судить, будет ли смесь реагентов и продуктов, каждый из которых находится в стандартных условиях, самопроизвольно реагировать в пря- [c.185]

Хотя мы имеем удобный способ быстрого определения АС° реакции по табличным значениям свободных энергий образования реагентов и продуктов, обычно нам нужно знать направление самопроизвольного изменения в системах, не находящихся в стандартных условиях. Для любого химического процесса общее соотношение между изменением свободной энергии при стандартных условиях АС° и изменением свободной энергии при любых других условиях определяется выражением [c.188]

Свободная энергия имеет еще одно интересное свойство, которое вытекает из того обстоятельства, что она связана со степенью самопроизвольности процесса. Каждый самопроизвольно протекающий процесс может быть использован для выполнения полезной работы, по крайней мере в принципе. Например, падение водопада несомненно представляет собой самопроизвольный процесс. Он принадлежит к числу таких процессов, с помощью которых можно получать полезную работу, заставляя падающую воду вращать лопасти турбины. Точно так же при сгорании бензина в цилиндрах автомобильного двигателя вьшолняется полезная работа перемещения автомобиля. Количество работы, получаемой в конкретном процессе, зависит от того, как он проводится. Например, если сжечь литр бензина в открытом сосуде, то мы вообще не получим полезной работы. В автомобильном двигателе общая эффективность получения работы невысока, приблизительно 20%. Если бы бензин реагировал с кислородом при других, более благоприятных условиях, то при этом можно было бы получить гораздо большее количество работы. На практике мы никогда не получаем максимального количества работы, возможного с теоретической точки зрения. Однако чтобы иметь представление о том, насколько успещно мы извлекаем работу из процессов -на практике, полезно знать, какое максимальное количество работы в принципе можно получить в результате каждого конкретного процесса. Термодинамика утверждает, что максимальная полезная работа, которая может быть получена при помощи самопроизвольного процесса, проводимого при постоянных температуре и давлении, равна изменению свободной энергии в этом процессе. [c.190]

Объяснять, каким образом знак изменения свободной энергии ДС определяет, является ли рассматриваемый процесс самопроизвольным в прямом направлении. [c.193]

Пользуясь данными из приложения Г, вычислите стандартное изменение свободной энергии каждого из перечисленных ниже процессов. Для каждого случая укажите, является ли реакция самопроизвольной при стандартных условиях. [c.195]

Укажите, правильно ли каждое из приведенных ниже утверждений. Если оно неправильно, укажите, что в нем неверно, а) Все экзотермические реакции являются самопроизвольными. б) В большинстве самопроизвольных реакций энтропия Вселенной повышается. в) Если эндотермическая реакция имеет положительное AS, то изменение свободной энергии, связанное с этим процессом, по мере повышения температуры должно становиться все более отрицательным. [c.197]

Из гл. 18 известно, что изменение свободной энергии АС, которым сопровождается химический процесс, является мерой самопроизвольности его протекания. Поскольку э.д.с. электрохимического элемента, где протекает окислительно-восстановительная реакция, указывает, насколько она самопроизвольна, нетрудно понять, что между э.д.с. электрохимического элемента и изменением свободной энергии протекающей в нем реакции должно существовать определенное соотношение. [c.212]

Изменение свободной энергии AF при самопроизвольном диспергировании можно представить уравнением [c.238]

Величины Р п О представляют собой функции состояния, изменение которых позволяет решить вопрос о направлении самопроизвольного процесса, протекающего при постоянных объеме и температуре или при постоянных давлении и температуре соответственно. Так, для любого процесса А0<0, если при постоянных давлении и температуре процесс идет самопроизвольно в прямом направлении Л0>0, если при тех же условиях процесс идет самопроизвольно в обратном направлении, и Д0 = 0, если система находится в равновесии. Аналогичные соотношения справедливы и для изменения свободной энергии Гельмгольца. Зависимость энергии Гельмгольца Р от объема и температуры и энергии Гиббса О от давления и температуры выражается соответственно уравнениями [c.79]

Возможность и полнота самопроизвольного протекания окисли-тельно-восстановительной реакций при заданных условиях, как и любого химического процесса, может быть количественно оценена по изменению свободной энергии системы в ходе такого процесса (см. гл. VI, 1). [c.179]

Гранулирование порошков представляет собой самопроизвольный процесс, протекающий в связи с изменением свободной энергии системы путем слипания частиц. Чтобы этот процесс прошел успешно, необходимо некоторое оптимальное смачивание поверхности частиц небольшим количеством жидкости. Роль смачивающей жидкости сводится к созданию пограничного слоя с повышенной вязкостью, способствующего склеиванию частиц. Если смачивающей жидкости недостаточно, то получаются мелкие гранулы и остается несвязанный порошок. В избытке смачивающей жидкости образуются крупные комья различных размеров. Например, оптимальная влажность для гранулирования суперфосфата — 22—23%. [c.136]

Рассмотрим вкратце термодинамику этого процесса. Самопроизвольное растворение высокомолекулярных соединений, как и всяких других веществ, должно сопровождаться, согласно второму закону термодинамики, уменьшением свободной энергии. Изменение свободной энергии АР складывается, как известно, из изменения внутренней энергии АО и изменения энтропии [c.215]

Критерием самопроизвольного течения процесса в живых системах является изменение свободной энергии в сторону ее уменьшения. Связь между АР° и равновесным состоянием устанавливается известным уравнением изотермы [c.19]

Рис. 9.1 показывает схему возможного изменения свободной энергии в некой системе при изменении (например, увеличении) какого-либо из ее параметров X (например, концентрации одного из веществ). В точках 1 изменение свободной энергии отрицательно (АС<0), и процесс происходит самопроизвольно слева направо (переводит систему в состояние с большим рассматриваемым параметром и меньшей свободной энергией). В точках 2 при возрастании X свободная энергия увеличивается (А0>0), т. е. самопроизвольно процесс идти не может, требуется затрата энергии извне. [c.184]

Возможен ли такой процесс как самопроизвольный, зависит от соотношения величин ДЯ и ГД5 в выражении для изменения свободной энергии (Д( = АЯ—7 Д5). [c.258]

Заметим, что в этом случае АС°52,2К положительно. Итак, AG 52,2K — изменение свободной энергии, которое сопровождает реакцию, протекающую в стандартных условиях, т. е. когда парциальные давления реагентов и продуктов равны одной атмосфере. Положительная величина А01 2,2К означает, что невозможен самопроизвольный переход из начального состояния (давление спирта составляет одну атмосферу) в конечное состояние, при котором продукты (ацетон и водород) могли бы иметь парциальное давление в одну атмосферу. [c.211]

Для первых трех реакций — горения водорода, горения углерода и образования метана из элементов — при комнатной температуре (298° К) свободные энергии имеют отрицательное значение, т. е. течение этих реакций должно сопровождаться изменением свободной энергии системы в сторону уменьшения. Следовательно, указанные реакции лшгут протекать самопроизвольно и, каК мы увидим позже, практически до конца. [c.98]

Термодинамически вполне закономерен самопроизвольный переход иефтяиых коксов, обладающих большим запасом энергии, в новое, более устойчивое состояние двумерной, а далее — трехмерной упорядочеипостп, характеризующейся меньшим значением свободной энергии. Повышение температуры способствует протеканию процессов, сопровождающихся самопроизвольным уменьшением свободной энергии, которая для кристалла графита равна нулю. Между термо, 1ипамнческим потенциалом, изменением температуры при нагреве и деструктивными превращениями в массе кокса существует сложная зависимость [205]. [c.197]

В. Так как э. д. с. отрицательна, ток самопроиз-вольИо течет в элементе справа налево. Это определяет истинную полярность элемента, причем левый электрод — Си— является положительным (катодом), а правый — 2п — отрицательный (анодом). Из соотношения АО = —ЕпЕ видно, что изменение свободной энергии в реакции (10) положительно, значит, эта реакция самопроизвольно протекает не по уравнению (10), а в обратном направлении. Другими словами, когда от элемента отводят ток, ионы Си + разряжаются на медном электроде, а цинковый электрод корродирует. [c.36]

Процесс, который в результате уменьшения энергии (отрицательное ДН) и нозраста-ния неупорядоченности (положительное Д5) самопроизвольно смещается в сторону равновесия, должен характеризоваться отрицательным значением изменения свободной энергии ДС. Между знаком AG для какой-либо реакции и ее самопроизвольным протеканием при постоянных температуре и давлении существует простое соотношение, которое можно сформулировать следующим образом [c.183]

Изменение свободной энергии при постоянных температуре и давлении непосредственно связано с самопроизвольностью реакции. Для любого самопроизвольного процесса АС отрицательно положительное АС указывает, что рассматриваемый процесс является несамопрои- [c.192]

Стандартные восстановительные потенциалы называют просто стандар1ными электродными потенциалами их значения табулированы для большого числа восстановительных полуреакций. Окислительный потенциал какой-либо окислительной полуреакции должен быть равен по величине, но противоположен по знаку электродному потенциалу обратного восстановительного процесса. Чем положительнее потенциал некоторой полуреакции, тем больше тенденция этой реакции протекать в записанном направлении. С помощью электродных потенциалов можно определить максимальное напряжение, создаваемое гальваническим элементом, или минимальное напряжение, необходимое для работы электролитической ванны. С их помощью можно также определить, является ли самопроизвольной конкретная окислительно-восстановительная реакция (э.д.с. реакции должна быть положительной). Э.д.с. окислительно-восстановительной реакции связана с изменением свободной энергии этой реакции уравнением ДС = — и , где -постоянная, называемая числом Фарадея и равная 96 500 Дж/(В моль). [c.234]

Рассчитаем, возможно ли самопроизвольное протекание реакции восстановления Рез04 оксидом углерода (И), приведенной а предыдущих параграфах, если все вещества взяты в стандартных состояниях ири стандартной температуре. В 2 вычислена энтальпия этой реакции ДЯ°29а =—15 кДж/моль РезО , а в 4 — энтропия Д5 298 = —6,3 Дж/К-моль Рез04. Следовательно, изменение свободной энергии [c.175]

Как показано в предыдущем параграфе, направление самопроизвольного процесса, в том числе химической реакции, зависит от знака изменения свободной энергии, который определяется величинами изменений энтальпии и эптропии и температурой. [c.176]

Первый член уравнения (IX.1) представляет собой полную поверхностную свободную энергию и пропорционален поверхности зародыша (4пг ). Второй член — объемная свободная энергия новой фазы — пропорционален объему зародыша. Очевидно, с ростом размера зародыша объемная свободная энергия изменяется быстрее, чем поверхностная (первая — пропорционально кубу радиуса, вторая — квадрату). При некотором критическом размере зародыша его объемная и поверхностная свободные энергии равны друг другу и в этом состоянии система будет находиться в неустойчивом равновесии. При малейшем увеличении размера зародыша сверх критического самопроизвольно протекает процесс кристаллизации, поскольку обшее изменение свободной энергии становится отрицательным (так как злГкр AGv >4лГкр AGs], то AG<0). При г<гкр зародыш неустойчив и самопроизвольно растворяется в жидкости (AG>0). Для осуш,ествления процесса кристаллизации с заметной скоростью необходимо обязательно переохладить расплав, чтобы скомпенсировать затрату энергии на возникновение фазовой границы раздела. При охлаждении расплава только до равновесной температуры кристаллизации образование кристаллов будет происходить с бесконечно малой скоростью. [c.305]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология