элементы химической термодинамики и биоэнергетики и 2-й законы термодинамики. Законы гесса

1.4. ЭНЕРГИЯ ГИББСА. ХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ. ЭКЗЭРГОНИЧЕСКИЕ, ЭНДЭРГОНИЧЕСКИЕ И СОПРЯЖЕННЫЕ РЕАКЦИИ
Свободная энергия (энергия Гиббса) - это функция состояния системы, изменение которой равно полной работе процесса за вычетом работы расширения:

Подставляя выражение (1.7), получаем уравнение Гиббса:

Единицы измерения - кДж/моль. Слагаемое АН называется энталь-пийньм членом, слагаемое ТΔS - энтропийным членом. В конкретных реакциях возможно любое сочетание знаков для ΔН и ΔS.
ΔН <0 и ΔS >0 способствует самопроизвольному протеканию процесса;
ΔН >0 и ΔS <0 препятствует самопроизвольному протеканию процесса.
На основе энергии Гиббса второе начало термодинамики можно выразить следующим образом: в изобарно-изотермических условиях (Р, Т - const) в системе самопроизвольно могут осуществляться только такие процессы, в результате которых энергия Гиббса системы уменьшается.
Условие ΔG <0 означает, что реакция идет самопроизвольно в закрытой системе при условии уменьшения энергии Гиббса. В состоянии равновесия энергия системы не изменяется (ΔG = 0).
Работа, производимая системой в необратимом процессе, всегда будет меньше работы, производимой в обратимом процессе. Открытые системы обмениваются с окружающей средой энергией и массой. Поэтому для них ΔG является не только функцией Т, Р, V, но и функцией концентрации компонентов системы.
Свободная энергия (энергия Гиббса) системы может быть рассчитана как сумма энергий Гиббса, составляющих систему частиц, компонентов системы. Для таких расчетов используется химический потенциал вещества (μ ).
Химическим потенциалом вещества в данной системе называется величина, определяемая энергией Гиббса, приходящейся на моль этого вещества при заданных условиях:

где μ (Х) - химический потенциал вещества (X), Дж/моль; G(Х) - энергия Гиббса вещества (X), Дж/моль; n(X) - количество вещества (X), моль.

В идеальных растворах, в которых силы межмолекулярного взаимодействия между всеми частицами идентичны, химический потенциал зависит от концентрации:

где μ °(Х) - стандартный химический потенциал при с = 1 моль/л.
В реальных растворах химический потенциал зависит от величины активности, связанной с концентрацией следующим соотношением: a = fc, где f - коэффициент активности.
Если в системе несколько веществ (A, B и т.д.) в количестве n_A, n_B, то энергия Гиббса системы определяется суммой энергий Гиббса, составляющих систему веществ: