सभी रासायनिक प्रतिक्रियाएं आमतौर पर दोनों एंट्रॉपी और उत्साही दोनों में बदलाव के साथ होती हैं। सिस्टम की उत्साही और एन्ट्रॉपी के बीच संबंध एक राज्य के थर्मोडायनामिक फ़ंक्शन को स्थापित करता है गिब्स या इसोबारो-आइसोथर्मल क्षमता (जी) की नि: शुल्क ऊर्जा।यह इसोबारो-आइसोथर्मल स्थितियों (पी \u003d कॉन्स और टी \u003d कॉन्स) में प्रक्रियाओं के सहज प्रवाह की दिशा और सीमा को दर्शाता है। EVTHALPY और ENTROPY सिस्टम के साथ मुक्त ऊर्जा gibbscompanufactured के साथ
जी \u003d एच - टीएस। (नौ)
पूर्ण मूल्य को मापना असंभव है, इसलिए इसका उपयोग इस दौरान या उस प्रक्रिया के दौरान फ़ंक्शन को बदलने के लिए किया जाता है:
डीजी \u003d डीएच - टीडीएस। (10)
गिब्स की मुफ्त ऊर्जा केजे / एमओएल और केजे में मापा जाता है। गिब्स की मुक्त ऊर्जा का भौतिक अर्थ:नि: शुल्क ऊर्जा प्रणाली जिसे काम में बदल दिया जा सकता है। सरल पदार्थों के लिए, गिब्स की मुक्त ऊर्जा शून्य के बराबर ली जाती है।
गिब्स डीजी की मुफ्त ऊर्जा और पी \u003d कॉन्स पर इसके मूल्य को बदलने का संकेत सिस्टम की थर्मोडायनामिक स्थिरता को परिभाषित करता है:
· यदि रासायनिक प्रक्रिया में गिब्स की मुक्त ऊर्जा कम हो जाती है, तो डीजी।< 0, процесс может протекать самопроизвольно, или говорят: процесс термодинамически возможен;
· यदि प्रतिक्रिया उत्पादों में सामग्री शुरू करने से अधिक थर्मोडायनामिक क्षमता होती है, तो। डीजी\u003e
· यदि डीजी \u003d 0, तो प्रतिक्रिया प्रत्यक्ष और विपरीत दिशा में दोनों प्रवाहित हो सकती है, यानी प्रतिक्रिया उलटा है।
इसलिये, पी \u003d कॉन्स पर सहज प्रक्रिया गिब्स की मुक्त ऊर्जा में कमी के साथ होती है।यह निष्कर्ष अलग-अलग और खुले सिस्टम दोनों के लिए मान्य है।
इन शर्तों के तहत प्रतिरोधी पदार्थों से 1 एमओएल पदार्थ के गठन में गिब्स सिस्टम की ऊर्जा में परिवर्तन को इन शर्तों के तहत प्रतिरोधी पदार्थों के गठन के गिब्स की ऊर्जा कहा जाता है। , केजे / मोल में मापा जाता है।
यदि पदार्थ मानक स्थितियों के तहत है, तो गिब्स ऊर्जा ऊर्जा को पदार्थ गिब्स (डीजी 0 ओबीआर 2 9 8) की मानक ऊर्जा कहा जाता है। मानक परिस्थितियों के तहत प्रतिरोधी एक साधारण पदार्थ प्रतिरोधी के गठन की मानक गिब्स ऊर्जा शून्य है। मूल्य डीजी 0 ORG.298 पदार्थ संदर्भ पुस्तकों में दिए गए हैं।
गिब्स की ऊर्जा बदलना, Enthalpy और Entropy में परिवर्तन की तरह, प्रक्रिया के मार्ग पर निर्भर नहीं है इसलिए, रासायनिक प्रतिक्रिया डीजी की ऊर्जा में परिवर्तन प्रतिक्रिया उत्पादों के गिब्स गठन की ऊर्जा की मात्रा और स्रोत पदार्थों के गठन की ऊर्जा की मात्रा के बीच अंतर के बराबर है, जो ध्यान में रखते हुए, Stoichiometric गुणांक:
डीजी 0 2 9 8 \u003d एस (एन I। डीजी I 0 2 9 8) पीआर। - एस (एन मैं। डी जी मैं 0 2 9 8) पूर्व। । (ग्यारह)
नि: शुल्क ऊर्जा हेल्मोल्ट्स
आइसोकेरेटम प्रक्रियाओं (v \u003d const और t \u003d const) बहने की दिशा हेलमहोल्ट्ज की नि: शुल्क ऊर्जा में परिवर्तन द्वारा निर्धारित की जाती है, जिसे इस्लोरो-आइसोथर्मल क्षमता (एफ) भी कहा जाता है:
Df \u003d du - tds।
हेल्महोल्ट्ज़ डीएफ की नि: शुल्क ऊर्जा और वी \u003d कॉन्स में इसके मूल्य में परिवर्तनों का संकेत सिस्टम की थर्मोडायनामिक स्थिरता को परिभाषित करता है:
· यदि रासायनिक प्रक्रिया में हेल्महोल्ट्ज की मुक्त ऊर्जा में कमी आई है, तो। डी एफ।< 0, процесс может протекать самопроизвольно, или говорят: процесс термодинамически возможен;
· यदि प्रतिक्रिया उत्पादों में सामग्री शुरू करने से अधिक थर्मोडायनामिक क्षमता होती है, तो। डी एफ\u003e 0, सहजता से रिसाव की प्रक्रिया नहीं कर सकती है, या कह सकती है: प्रक्रिया थर्मोडायनामिक रूप से असंभव है;
· यदि डी एफ \u003d 0, प्रतिक्रिया प्रत्यक्ष और विपरीत दिशा में दोनों प्रवाहित हो सकती है, यानी प्रतिक्रिया उलटा है।
नतीजतन, v \u003d const के साथ सहज प्रक्रियाओं के बाद हेल्महोल्ट्ज की मुक्त ऊर्जा में कमी के साथ किया जाता है। यह निष्कर्ष अलग-अलग और खुले सिस्टम दोनों के लिए मान्य है।
रासायनिक गतिकी
रासायनिक किनेटिक्स की मूल अवधारणाएं
रासायनिक गतिशीलता - रसायन शास्त्र का अनुभाग, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के गति और तंत्र का अध्ययन।
सजातीय और विषम रासायनिक प्रतिक्रियाओं को अलग करना:
· सजातीय प्रतिक्रियाएं प्रणाली की मात्रा में एक सजातीय माध्यम में आगे बढ़ती हैं (ये गैस चरण में समाधानों में प्रतिक्रियाएं होती हैं);
चरण अनुभाग (ठोस या तरल पदार्थ के दहन) की सीमा पर, विषम प्रतिक्रिया एक अमानवीय माध्यम में होती है।
रासायनिक गतिशीलता की मुख्य अवधारणा एक रासायनिक प्रतिक्रिया दर की अवधारणा है। रासायनिक प्रतिक्रिया की गति के तहत अर्थ की एक इकाई में समय की प्रति इकाई बातचीत के प्राथमिक कार्यों की संख्या (यदि प्रतिक्रिया सजातीय है) या प्राथमिक इंटरऑपरेबिलिटी की संख्या चरण की सतह की प्रति इकाई प्रति इकाई प्रति इकाई प्रति इकाई कार्य करती है विभाजन (यदि विषम प्रतिक्रिया)।
प्रतिक्रिया दर को प्रारंभिक पदार्थों या परिमित प्रतिक्रिया उत्पादों की एकाग्रता में समय और एक्सप्रेस की एकाग्रता में परिवर्तन की विशेषता है: सजातीय प्रतिक्रियाओं के लिए - तिल / एल · एस (एमओएल / एम 3 · एस, आदि), के लिए विषम - एमओएल / सेमी 2 · सी (एमओएल / एम 2 · एस)।
वी सीपी \u003d ± (सी 2 - सी 1) / (टी 2 - टी 1) \u003d ± डीसी / डीटी। (एक)
औसत गति एक मोटा सन्निकटन है, क्योंकि समय अंतराल टी 1 ÷ टी 2 में, यह स्थिर नहीं रहता है। समय टी (वी) पर सही या तात्कालिक वेग निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:
वी \u003d लिम (± डीसी / डी टी) \u003d ± डीसी / डीटी \u003d ± सी "टी \u003d टीजी ए, (2)
वे। रासायनिक प्रतिक्रिया की तात्कालिक गति समय में पदार्थों में से एक की एकाग्रता के पहले व्युत्पन्न के बराबर होती है और इस बिंदु के अनुरूप बिंदु पर एक \u003d एफ (टी) के साथ वक्र के लिए झुकाव टेंगेंट के टीजी कोण के रूप में परिभाषित किया जाता है टी: डीसी / डीटी \u003d टीजीए।
रासायनिक प्रतिक्रिया की गति विभिन्न कारकों पर निर्भर करती है:
प्रतिक्रियाओं की प्रकृति;
उनकी सांद्रता;
प्रक्रिया प्रवाह तापमान;
उत्प्रेरक की उपस्थिति।
रासायनिक प्रतिक्रिया की दर के लिए प्रत्येक सूचीबद्ध कारकों के प्रभाव पर अधिक विस्तार से विचार करें।
ऊर्जा गिब्सजांच की गई प्रतिक्रिया बहती है जब प्रतिक्रिया को गिब्स की ऊर्जा में परिवर्तन कहा जाता है। चूंकि गिब्स सिस्टम की ऊर्जा जी \u003d एन - टीएस, प्रक्रिया में इसका परिवर्तन सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है: Δg \u003d δh-tδs(4.1)
जहां केल्विन में टी पूर्ण तापमान है।
ऊर्जा GIBBS रासायनिक प्रतिक्रिया अपने सहज प्रोटीन-कानिया स्थायी दबाव और तापमान की संभावना को दर्शाती है। अगर δG।<0, то реакция может протекать самопроиз-вольно, при ΔG>0 सहज प्रतिक्रिया प्रवाह संभव नहीं है, यदि δG \u003d 0, सिस्टम संतुलन की स्थिति में है।
सूत्र (4.1) द्वारा गिब्स प्रतिक्रिया की ऊर्जा की गणना करने के लिए, δh और δs अलग से परिभाषित किया गया है। उसी समय, व्यावहारिक गणनाओं में अनुमान (2.4) और (3.4) का उपयोग करते हैं।
उदाहरण 4.1। 202.6 केपीए के दबाव पर और 500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, समीकरण 4 एन 3 (जी) + 5 ओ 2 (जी) + 6 एन 2 ओ (जी) + 6 एन 2 ओ (जी) द्वारा व्यक्त गिब्स रिएक्शन की ऊर्जा की गणना। 773k)।
शर्त के अनुसार, प्रतिक्रिया दबाव और गति के व्यावहारिक रूप से वास्तविक मूल्यों के साथ आगे बढ़ती है। जिस पर सन्निकटन (2.4) और (3.4), यानी
Δ एच 773।≈ Δ एच 0 2 9 8 \u003d - 904.8 केजे \u003d - 904800 जे। (उदाहरण 2.2 देखें),
लेकिन अΔ एस 773।≈ Δ एस 0 2 9 8 \u003d 17 9.77 जे / के। (उदाहरण 3.1 देखें)।
मूल्यों के प्रतिस्थापन के बादΔ H 0 298 औरΔ सूत्र में एस ° 2 9 8 (4.1) हमें मिलता है:
Δ जी 773। = Δ एच 773 -773।Δ एस 773।≈ Δ एच 0 298 -773Δ एस 0 2 9 8 \u003d - 904800 - 773 * 17 9,≈ 1043762 जे \u003d - 1043,762 केजे।
गिब्स रिएक्शन की शक्ति का परिणामी नकारात्मक मूल्यΔ जी 773 इंगित करता है कि अंतर्निहित विचार में यह प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से हो सकती है।
यदि प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है2 9 8 के तापमान पर मानक स्थितियों के तहत, इसकी गिब्स एनर्जी (मानक गिब्स रिएक्शन एनर्जी) की गणना एफआरएमयूएल के अनुसार प्रतिक्रिया की मानक गर्मी की गणना के समान ही बनाई जा सकती है, एए + द्वारा व्यक्त प्रतिक्रिया की प्रतिक्रिया बीबी समीकरण \u003d एसएस + डीडी, फॉर्म है:
ΔG ° 2 9 8 \u003d (CδG ° 298, O6P, C + DδG ° ° 298, O6P, D) - (AδG 298, F / BδG ° 298, ORP, B) (4.2)
कहा पे Δ जी ° 298, O6P। -केजे / एमओएल (तालिका मूल्य) में यौगिक के गठन के गिब्स की मानक ऊर्जा - प्रतिक्रिया की जीआईबीबीएस ऊर्जा जिसमें इस कनेक्शन के 1 मोल को मानक पदार्थों से, मानक में स्थित, मानक में स्थित किया जाता है राज्य 4 *, ए। Δ जी ° 2 9 8 - केजे को मानक गिब्स ऊर्जा प्रतिक्रिया।
उदाहरण 4.2। समीकरण के माध्यम से बहने वाली प्रतिक्रिया की मानक गिब्स ऊर्जा की गणना: 4 एनएच 3 (जी) + 5 ओ 2 (जी) \u003d 4 कोई नहीं (जी) + + 6 एन 2 ओ (जी)।
फॉर्मूला (4.2) के अनुसार, लिखें:
परिभाषा के अनुसार, सरल पदार्थों के गठन की मानक गिब्स ऊर्जा शून्य है।
Δ जी 0 2 9 8। O अभिव्यक्ति में 2 समानता शून्य के कारण प्रकट नहीं होता है
Δ जी 0 298 \u003d (4Δ जी 0 2 9 8। नहीं। + 6 Δ जी 0 2 9 8. एच 2 ओ) - 4Δ जी 0 2 9 8. तालिका मानों के प्रतिस्थापन के बाद एनएच एचΔ जी 0 298 हम पाते हैं:Δ जी 0 2 9 8 \u003d (4 (86.6 9) + 6 (-228, 76)) - 4 (-16,64) \u003d - 95 9.24 केजे। नतीजतन, यह देखा जा सकता है कि उदाहरण के रूप में 4.1, मानक स्थितियों के तहत, विचार के तहत प्रतिक्रिया अनायास हो सकती है
सूत्र द्वारा (4.1)आप प्रतिक्रिया के सहज प्रवाह की तापमान सीमा निर्धारित कर सकते हैं। चूंकि प्रतिक्रिया के सहज प्रवाह की स्थिति नकारात्मकता δg (δg) है<0), определение области температур, в которой реакция может протекать самопроизвольно, сво-дится к решению неравенства (ΔH-TΔS)
उदाहरण 4.3। फैलाने वाले समीकरण द्वारा प्रतिक्रिया के सहज प्रवाह के तापमान क्षेत्र का निर्धारण: कैसो 3 (टी) \u003d काओ (टी) + सीओ 2 (जी)।
हम δh u δs पाते हैं। ΔH ≈ δH ° 298 \u003d (δH 0 298, SAA + δH ° 298, CO 2) - δH ° 298, CACO 3 \u003d (-635,1 + (-393,51)) - (-206) \u003d 177,39 केजे \u003d 177390 जे; ΔS ≈ δS 0 298 \u003d (S 0 298, SAA + S 0 298.C02) - S 0 298, SASOZ \u003d (39.7 + 213.6) - 92.9 \u003d 160.4 J / K. हम δh और δs के मूल्यों को असमानता में बदलते हैं और टी: 177390 - टी * 160.4 के सापेक्ष इसे हल करते हैं<0, или 177390<Т*160,4, или Т>1106. वे। सभी तापमान, बड़े 1106 के, बाल्टी को नकारात्मक δG है और इसलिए, इस तापमान सीमा में, विचाराधीन प्रतिक्रिया के सहज प्रवाह संभव है।
मानक गिब्स प्रतिक्रिया ऊर्जा प्रतिक्रिया उत्पादों की मानक गिब्स ऊर्जा की मात्रा से कम प्रतिक्रिया उत्पादों की मानक गिब्स ऊर्जा के बराबर, प्रतिक्रिया समीकरण के स्टॉइचियोमेट्रिक गुणांक को ध्यान में रखते हुए।
कहा पे - मानक गिब्स प्रतिक्रिया ऊर्जा
- मानक गिब्स रिएक्शन ऊर्जा का योग,
- मानक गिब्स ऊर्जा स्रोतों की मात्रा,
एन, एन /- प्रतिक्रिया समीकरण में सामग्री और सीमित उत्पादों की शुरूआत के stoichiometric गुणांक।
टी \u003d 2 9 8 के लिए 1 प्रार्थना पदार्थ के लिए गिब्स एनर्जी के मानक मूल्य निर्देशिका / 5, तालिका 44 में दिखाए जाते हैं; 6, तालिका 1 /।
फेसला:
1) गिब्स ऊर्जा गणना।
हम प्रतिक्रिया पदार्थों के लिए निर्देशिका / 5, तालिका 44 / मानक गिब्स ऊर्जा के मान में पाते हैं:
ए) प्रतिक्रिया उत्पाद
b) प्रारंभिक सामग्री
समीकरण (63) लागू करना, हमें मिलता है:
उत्पादन। परिणामी गिब्स () ऊर्जा मूल्य इंगित करता है कि एक बंद प्रणाली में यह प्रतिक्रिया आगे की दिशा में मानक स्थितियों के तहत बह सकती है।
2) हेल्महोल्ट्ज़ की ऊर्जा की गणना।
इस्चोरोरो-आइसोथर्मल क्षमता की गणना करने के लिए, गिब्स और हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा के बीच अनुपात पर विचार करें:
यदि केवल संघनित चरण (ठोस और तरल पदार्थ) प्रतिक्रिया में शामिल हैं, तो मात्रा में परिवर्तन डीवी समान रूप से शून्य।
यदि प्रतिक्रिया में गैसीय उत्पाद शामिल हैं, तो वॉल्यूम की उपेक्षा करना असंभव है।
सबसे सरल मामला पर विचार करें जब प्रतिक्रिया में शामिल गैस आदर्श गैस के कानूनों के अधीन हैं। फिर क्लैपरोन मेंडेलीव समीकरण के अनुसार, आप रिकॉर्ड कर सकते हैं पीडीवी \u003d डीएनआरटी।.
DN \u003d N. कॉन। - एन। बहिष्करण
कहा पे एन कॉन - गैसीय परिमित उत्पादों के मोल की संख्या;
एन व्यायाम गैसीय स्रोत पदार्थों की मोलों की संख्या है।
हमारे उदाहरण में, गैसीय उत्पाद एक है - कार्बन डाइऑक्साइड, इसलिए डीएन।= 0 - 1= - 1.
उत्पादन। चूंकि गणना के परिणामस्वरूप प्राप्त मूल्य डीएफ।<0, то в изохорно-изотермическом процессе в закрытой системе будет протекать самопроизвольный процесс.
· गिब्स की ऊर्जा खोजने के लिए, आप समीकरण (56) का उपयोग कर सकते हैं, जो मानक स्थितियों और किसी अन्य तापमान पर दोनों की गणना करना संभव बनाता है।
उदाहरण 2।। जब गिब्स और हेलमोल्ट की ऊर्जा की गणना करें टी 1 \u003d 2 9 8 के और टी 2 \u003d 473 के, प्रतिक्रिया के लिए 1.013 × 10 5 पीए के निरंतर दबाव पर:
इस प्रतिक्रिया के प्रवाह की दिशा में तापमान कैसे वृद्धि होगी?
फेसला। गणना के लिए डीजी। प्रतिक्रियाएं हम समीकरण (56) का उपयोग करते हैं:
कहा पे धनबाद के तथा डीएस। - तदनुसार, किसी दिए गए तापमान पर प्रतिक्रिया की उत्साह और एन्ट्रॉपी में परिवर्तन:
लेकिन अ) टी\u003d 2 9 8 के।
मानक Enthalpy प्रतिक्रिया में परिवर्तन का निर्धारण करें डी आर एच 0(2 9 8) (खंड 1.3.3 के उदाहरण 1 में गणना दी गई है): डी आर एच 0(2 9 8) \u003d -170.42 केजे।
डी आर एस 0(2 9 8) (खंड 1.5.4 के उदाहरण 1 में गणना दी गई है): डी आर एस 0(2 9 8) \u003d -133,77 जे।
उत्पादन। पिछले उदाहरण में दिए गए संदर्भ डेटा की मानक गिब्स ऊर्जा की गणना और इस उदाहरण में दिए गए समीकरण (56) द्वारा गणना की गणना व्यावहारिक रूप से मेल खाती है। सापेक्ष त्रुटि है:
भुगतान डीएफ।(2 9 8) देखें उसी खंड में, उदाहरण 1।
बी) टी \u003d 473 के।
प्रतिक्रिया के उत्साही में परिवर्तन का निर्धारण करें डी आर एच।(473) (खंड 1.4.2 के उदाहरण 2 में गणना दी गई है):
डी आर एच।(473) \u003d -125.79 केजे।
प्रतिक्रिया की एंट्रॉपी में परिवर्तन का निर्धारण करें डी आर एस(473) (खंड 1.5.4 के उदाहरण 1 में गणना दी गई है):
डी आर एस(473) \u003d -12.9 जे।
हम समीकरण (56) के लिए प्राप्त डेटा को प्रतिस्थापित करते हैं:
भुगतान डीएफ।हम समीकरण (64) के अनुसार करते हैं:
उत्पादन। कार्य के अंतिम प्रश्न का उत्तर संकेत द्वारा निर्धारित किया जाता है डी आर एसतथा डी आर एच। (तालिका देखें। 1)। हमारे मामले में, यानी सदस्य समीकरण में ( - टीडीएस) हमारी प्रतिक्रिया के लिए सकारात्मक है। इसलिए, तापमान में वृद्धि के साथ टीisobaric Isothermal प्रक्रिया में डी आर जी। बढ़ेगा (यानी यह कम नकारात्मक हो जाता है)। इसका मतलब है कि तापमान में वृद्धि आगे की दिशा में प्रतिक्रिया के प्रवाह को रोक देगा।
इस्चोरो-आइसोथर्मल प्रक्रिया में, हेल्महोल्ट्ज़ की ऊर्जा के लिए समान रुझान मनाए जाएंगे।
हम इस समीकरण को बदलते हैं और एकीकृत करते हैं:
यदि एक टी 1 \u003d 2 9 8 के, समीकरण फॉर्म ले जाएगा:
सटीकता की डिग्री के आधार पर, इस विधि में गिब्स ऊर्जा की गणना के लिए तीन विकल्प संभव हैं।
पहला विकल्प। मान लीजिए कि प्रतिक्रिया की एंट्रॉपी तापमान पर निर्भर नहीं है, यानी। डी आर एस 0(298) \u003d डी आर एस (टी 2), तब फिर:
परिणामी गणना परिणाम एक महत्वपूर्ण त्रुटि देता है।
उदाहरण 3।। प्रतिक्रिया के लिए प्रस्तावित विधि के साथ गिब्स ऊर्जा की गणना करें:
के लिये टी 2 \u003d 473 के, 1.013 × 10 5 पा के निरंतर दबाव पर।
फेसला।
मानक गिब्स एनर्जी समीकरण (63) द्वारा पाई जाती है (खंड 1.5.8 में उदाहरण 1 देखें।): डी आर जी 0 (298) = -130.48 केजे।
प्रतिक्रिया की मानक एन्ट्रॉपी में परिवर्तन का निर्धारण करें डी आर एस 0(2 9 8) (खंड 1.5.4 के उदाहरण 1 में गणना दी गई है): डी आर एस 0(2 9 8) \u003d -133,77 जे।
हम समीकरण (66) से प्राप्त डेटा को प्रतिस्थापित करते हैं और गणना करते हैं:
उत्पादन। गणना का नतीजा परिणाम से भिन्न होता है उदाहरण 2, बी विभाजन 1.5.8, क्योंकि अंतिम विकल्प अनुमानित है, पानी के चरण संक्रमण को ध्यान में नहीं रखा जाता है।
दूसरा विकल्प।मान लीजिए कि एंट्रॉपी प्रतिक्रिया तापमान पर निर्भर करती है
यदि गर्मी की क्षमता तापमान पर निर्भर नहीं है डी आर एस आर = const।, फिर हमारे पास एकीकरण के बाद:
हम मूल्य को प्रतिस्थापित करते हैं डी आर एस(टी) (65) में:
एकीकरण के बाद, हमें मिलता है:
तापमान से प्रतिक्रिया की एंट्रॉपी की निर्भरता को देखते हुए।
फेसला।
निर्धारित डी आर आर के साथ गेसा कानून के पहले परिणाम के तहत प्रतिक्रियाएं:
हम निर्देशिका / 5, तालिका में व्यक्तिगत पदार्थों के लिए मानक arobaric गर्मी क्षमता के मूल्यों का उपयोग करते हैं। 44 /:
ए) प्रतिक्रिया उत्पाद:
बी) सामग्री शुरू:
इस प्रतिक्रिया के लिए मानक गिब्स ऊर्जा की गणना खंड 1.5.8 के उदाहरण 1 में दी गई है। डी आर जी 0 (298) = -130.48 केजे।
इस प्रतिक्रिया के लिए मानक एन्ट्रॉपी की गणना खंड 1.5.4 के उदाहरण 1 में दी गई है। डी आर एस 0(2 9 8) \u003d -133,77 जे।
प्राप्त मूल्यों को प्रतिस्थापित करना (67), हमें मिलता है:
आउटपुट: यह गणना भी अनुमानित है, यानी यह तापमान से गर्मी क्षमता की निर्भरता को ध्यान में रखता है, बल्कि ऊपर चर्चा की गई पहली विधि से अधिक सटीक है।
हमारे द्वारा माना गया उदाहरण अधिक कठिन है, क्योंकि पदार्थों में से एक की प्रस्तावित तापमान सीमा में, अर्थात्, पानी, एक चरण संक्रमण है जिसे माना जाना चाहिए। यह गणना को जटिल बनाता है और इसे बोझिल बनाता है।
ऐसे मामलों में, फॉर्मूला (56) का उपयोग करके गिब्स की ऊर्जा की गणना करना संभव है। यह गणना खंड 1.5.8 के उदाहरण 2 में दी गई है।
अभ्यास में, टेम्पकिन - श्वार्टज़मान (1 9 46) विधि का उपयोग गिब्स (1 9 46) की ऊर्जा की गणना करने के लिए किया जाता है, जो मानक गिब्स ऊर्जा को 2 9 8 पर किसी भी तापमान / 1, 4, 7, 8 / के लिए पुनर्मूल्यांकन करने की अनुमति देता है।
उदाहरण 5। Isothermal संपीड़न 0.005 मीटर 3 ऑक्सीजन के दौरान गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन की गणना करें पी 1।\u003d 0,1013 × 10 5 पीए पी 2।\u003d 1,013 × 10 5 पा ( टी= 0 0 एस।), सही गैस द्वारा ऑक्सीजन को ध्यान में रखते हुए।
फेसला।Mendeleev-Klapaireron समीकरण से, हमें प्रतिक्रिया में शामिल ऑक्सीजन मोल की संख्या मिलती है:
निर्धारण के लिए डीजी।हम सूत्र (58) का उपयोग करते हैं:
चूंकि प्रक्रिया आगे बढ़ती है टी \u003d।कॉन्स, दूसरा शब्द शून्य होगा। गणना सूत्र द्वारा की जाती है डीजी \u003d वीडीपी।
Mendeleev-klapaireron समीकरण एक्सप्रेस से V:
हम प्रतिस्थापित करते हैं:
हम कार्यों को एकीकृत और स्थानापन्न करते हैं:
आउटपुट।ऑक्सीजन के आइसोथर्मल संपीड़न के साथ, प्रक्रिया अनायास प्रवाहित नहीं हो सकती है।
उदाहरण 6। 0 0 एस पर पिघलने वाली बर्फ की गर्मी 335 जे / जी है। पानी की विशिष्ट गर्मी क्षमता बराबर है। बर्फ की विशिष्ट गर्मी क्षमता बराबर है। ढूँढ़ने के लिए डीजी, डीएच, डीएसबर्फ में 5 0 एस पर ओवरकोल पानी के 1 मोल को परिवर्तित करने की प्रक्रिया के लिए।
फेसला। सुपरकोलयुक्त तरल पदार्थ एक ठोस चरण के साथ संतुलन की स्थिति में नहीं है। विचाराधीन प्रक्रिया स्थैतिक नहीं है, इसलिए सुपरकोल्ड तरल पदार्थ के लिए क्रिस्टलाइजेशन की गर्मी पर उत्साह और एन्ट्रॉपी की गणना करना असंभव है।
मानसिक रूप से इन कार्यों की गणना करने के लिए, हम गैर-स्थैतिक प्रक्रिया को तीन क्वासिस्टेटिक को प्रतिस्थापित करेंगे, जिसके परिणामस्वरूप सिस्टम प्रारंभिक स्थिति से अंतिम तक आएगा।
पहली प्रक्रिया। ठंडे तापमान के लिए पानी के एक उलटा तरीके के साथ हीटिंग। इस मामले में, समीकरणों (26) और (36) के अनुसार उत्साह और एन्ट्रॉपी में परिवर्तन:
कहा पे आर के साथ - पानी की दाढ़ी गर्मी क्षमता,
सूत्र में कार्यों को प्रतिस्थापित करना, हमें मिलता है:
दूसरी प्रक्रिया। 0 0 С (273 K) पर पानी का क्रिस्टलाइजेशन। समस्या की शर्तों के तहत, विशिष्ट पिघलने की गर्मी दी जाती है ( डीएन Pl।), यानी ठोस स्थिति से तरल में पानी के 1 ग्राम पानी की गर्मी।
कहा पे DN 2।- 1 प्रार्थना पानी का क्रिस्टलाइजेशन,
डीएन पीएल। Ud - कार्य में दिए गए विशिष्ट पिघलने की गर्मी,
म। - पानी के दाढ़ी द्रव्यमान।
चरण संक्रमण की एन्ट्रॉपी की गणना फॉर्मूला (47) द्वारा की जाती है:
डेटा को प्रतिस्थापित करें और प्राप्त करें:
तीसरी प्रक्रिया। 273 से 268 के रूप में उलटा बर्फ ठंडा। Enthalpy और Entropy की गणना पहली प्रक्रिया के समान ही किया जाता है।
कहा पे आर के साथ - बर्फ की दाढ़ी गर्मी क्षमता,
डेटा को प्रतिस्थापित करना, हमें मिलता है:
Isobar में Enthalpy और Entropy में सामान्य परिवर्तन
विचाराधीन प्रक्रिया में गिब्स की ऊर्जा में परिवर्तन सूत्र (56) द्वारा गणना की जाती है।
आउटपुट। गणना के नतीजों के मुताबिक, यह देखा जा सकता है कि सिस्टम में बर्फ-ठंड और एन्ट्रॉपी में सुपरकोल्ड पानी के 1 एमओएल को बदलते समय कम हो जाते हैं। इसका मतलब यह है कि सहज प्रक्रिया इस मामले में केवल कम तापमान पर है जब गिब्स ऊर्जा डीजी। नकारात्मक मान प्राप्त करता है (तालिका 2 देखें), जिसे हम अपने उदाहरण में देखते हैं।
स्व-परीक्षण के लिए प्रश्न:
1. सहज प्रक्रियाओं की परिभाषा दें।
2. संतुलन क्या प्रक्रियाएं हैं?
3. थर्मोडायनामिक्स की दूसरी शुरुआत का मूल फॉर्मूलेशन। उसकी गणितीय अभिव्यक्ति।
4. थर्मोडायनामिक्स की दूसरी शुरुआत की संभावनाएं क्या हैं?
5. थर्मोडायनामिक्स के संयुक्त कानून के सूत्र को कम करें।
6. एंट्रॉपी की अवधारणा में बिछा हुआ भौतिक अर्थ क्या है?
7. समतोल प्रक्रियाओं में एन्ट्रॉपी कैसे बदलता है?
8. सहज प्रक्रियाओं में एंट्रॉपी कैसे बदलता है?
9. किस प्रणालियों में, एंट्रॉपी में परिवर्तन भौतिक रसायन प्रक्रियाओं के अभिविन्यास के माप के रूप में कार्य कर सकता है?
10. किस अनुपात में एक ही पदार्थ के तीन कुल राज्यों की दाढ़ी एन्ट्रॉपी हैं: गैस, तरल, ठोस शरीर?
11. एक पृथक प्रणाली में, अंतिम उत्पाद की एक निश्चित राशि के गठन के साथ एक रासायनिक प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से होती है। सिस्टम की एंट्रॉपी कैसे बदलती है?
12. प्रक्रिया की दिशा को परिभाषित करने वाले कार्य के रूप में एंट्रॉपी किस स्थितियों का उपयोग किया जा सकता है?
13. कार्यवाही की प्रक्रिया (तापमान, दबाव, मात्रा का प्रभाव) की शर्तों पर प्रतिक्रिया की एंट्रॉपी की निर्भरता क्या है?
14. प्रतिक्रिया एन्ट्रॉपी की गणना कैसे की जाती है?
15. थर्मोडायनामिक क्षमता क्यों पेश की गई?
16. गिब्स एनर्जी का भौतिक अर्थ क्या है, हेल्महोल्ट्ज़ की ऊर्जा?
17. किस प्रणालियों में, इसोबारो में परिवर्तन - इसोथर्मल क्षमता भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाओं के अभिविन्यास के उपाय के रूप में कार्य कर सकती है?
18. किस प्रणालियों में, इसोच्लिनिन में परिवर्तन - इसोथर्मल क्षमता भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाओं के अभिविन्यास के उपाय के रूप में कार्य कर सकती है?
19. जिसके कारण निरंतर दबाव और तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया का अधिकतम उपयोगी काम किया जाता है।
20. किस प्रतिक्रिया में गिब्स की ऊर्जा और हेल्महोल्ट्ज की ऊर्जा एक ही मूल्यों को प्राप्त करती है?
21. रासायनिक प्रतिक्रिया के गिब्स की ऊर्जा में परिवर्तन के तापमान पर कैसे निर्भर करता है?
22. प्रक्रिया बंद सिस्टम में तापमान और दबाव की स्थिरता की शर्तों के तहत आगे बढ़ती है। इन स्थितियों में सहज प्रक्रिया के मानदंड के रूप में क्या थर्मोडायनामिक क्षमता का चयन किया जाना चाहिए?
23. यदि प्रतिक्रिया निरंतर दबाव और तापमान पर बाएं से दाएं तक की गई प्रणाली में है तो गिब्स एनर्जी बदलती है?
24. निरंतर दबाव और तापमान पर एक बंद प्रणाली में गिब्स ऊर्जा परिवर्तन कैसे करेगा, प्रतिक्रिया दाएं से आगे बढ़ती है?
25. तरल पदार्थ एक निश्चित तापमान और दबाव पर भाप में बदल जाता है। इस प्रक्रिया के डीजी और डीएफ के बीच संबंध क्या है?
26. निरंतर मात्रा और तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया का अधिकतम उपयोगी काम क्या बनाता है?
27. प्रतिक्रिया की दिशा के लिए एक कसौटी के रूप में क्या थर्मोडायनामिक क्षमता को चुना जाना चाहिए यदि यह निरंतर तापमान पर एक बंद आटोक्लेव में आगे बढ़ता है? इस क्षमता के साथ व्यक्त की गई प्रक्रिया के सहज प्रवाह की स्थिति क्या है?
28. प्रणाली के हेल्मोल्ट्ज़ (इसोचोरिनो - आइसोथर्मल क्षमता) की ऊर्जा के रूप में निरंतर तापमान पर मात्रा पर निर्भर करता है (यदि विस्तार का एकमात्र प्रकार का काम है)? व्यसन की एक गणितीय अभिव्यक्ति लिखें।
29. किस निरंतर थर्मोडायनामिक पैरामीटर में, डीएन के उत्साही में परिवर्तन सहज प्रक्रिया की दिशा के लिए एक मानदंड के रूप में कार्य कर सकता है? इन शर्तों में कौन सा डीएन साइन इन एक सहज प्रक्रिया को इंगित करता है?
30. समतोल प्रणाली में तीन भाग होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में एक निश्चित एंट्रॉपी होता है: एस 1, एस 2, एस 3। मैं पूरी तरह से सिस्टम की एंट्रॉपी कैसे व्यक्त कर सकता हूं?
31. पूर्ण स्थिति में इसोथर्मल गैस संपीड़न के दौरान हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा परिवर्तन (इसोथोरिनो - आइसोथर्मल क्षमता) कैसे करता है?
थर्मोडायनामिक्स का तीसरा कानून
कम तापमान के क्षेत्र में थर्मल प्रभावों और आइसोथर्मल क्षमताओं में परिवर्तन का विश्लेषण, 1 9 06 में नर्नस्ट ने सुझाव दिया कि पूर्ण शून्य के करीब होने पर, थर्मल प्रभाव और आइसोथर्मल क्षमता के मूल्यों को एक साथ लाया जाता है, और घटता है Dh \u003d f (t)तथा डीजी \u003d एफ (टी) के लिये टी \u003d।0 एक दूसरे को स्पर्श करें और कुल स्पर्श करें(चित्र 3)। Nerstland (थर्मल थर्मल प्रमेय) का पोस्टलेट केवल क्रिस्टलीय पदार्थों से युक्त प्रणालियों के लिए मान्य है।
गणितीय रूप में, यह कथन व्यक्त किया गया है: संघनित सिस्टम में होने वाली प्रतिक्रियाओं में पूर्ण शून्य के पास टी \u003d 0 ,
समीकरण (6 9) और (70) थर्मोडायनामिक्स के तीसरे कानून की गणितीय अभिव्यक्ति हैं।
नर्नस्ट समीकरण से समीकरण (60) के अनुसार यह निम्नानुसार है कि संघनित सिस्टम में प्रतिक्रिया के पूर्ण शून्य के पास एंट्रॉपी में बदलाव के साथ नहीं है, यानी लिए उन्हें डीएस \u003d 0।
अंजीर। 3. सापेक्ष स्थिति
घटता Dh \u003d f (t)तथा डीजी \u003d एफ (टी)) क्षेत्र में
कम तामपान
1912 में प्लैंक ने सुझाव दिया एक पूर्ण शून्य पर किसी भी शुद्ध पदार्थ के सही ढंग से गठित क्रिस्टल की एंट्रॉपी शून्य है(प्लैंक पोस्टलेट)।
सही क्रिस्टल एक आदर्श क्रिस्टल जाली के साथ एक क्रिस्टल है। गणितीय अभिव्यक्ति प्लैंक पोस्टलेट:
यह निर्भरता ठोस समाधान और ग्लास जैसी पदार्थों में अनुपस्थित है।
और प्लैंक की पोस्टलेट, और नर्नस्टो प्रमेय - इन दोनों बयान और थर्मोडायनामिक्स का तीसरा कानून है, जिसका व्यापक रूप से शुद्ध पदार्थों की एन्ट्रॉपी के पूर्ण मूल्यों को निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जाता था:
दिए गए समीकरण (71) से यह निम्नानुसार तापमान के क्षेत्र में शून्य के करीब, पदार्थों की गर्मी क्षमता भी शून्य हो जाती है:
यह बयान कम तापमान पर विभिन्न पदार्थों की गर्मी क्षमता के कई माप के परिणामों पर आधारित है।
थर्मोडायनामिक्स के आगे के विकास के साथ, प्लैंक पोस्टलेट का सशर्त चरित्र पाया गया था। यह पाया गया कि पूर्ण शून्य के साथ, नाभिक के स्पिन से जुड़े एन्ट्रॉपी के कुछ घटक और आइसोटोपिक प्रभाव शून्य के बराबर नहीं हैं। पारंपरिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं के साथ, ये घटक नहीं बदलते हैं, इसलिए वे व्यावहारिक रूप से ध्यान में नहीं ले सकते हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं के लिए, पोस्टलेट प्लैंक के निष्कर्षों को स्पष्ट करने की आवश्यकता नहीं है। हालांकि, पोस्टलेट खुद को सशर्त धारणा की प्रकृति प्राप्त करता है।
निपटान कार्य के लिए कार्य विकल्प
निर्धारित डीएच, डीयू, डीएस, डीएफ, डीजी निरंतर दबाव पर प्रतिक्रियाएं
आर\u003d 1.013 10 5 पीए और एक पूर्व निर्धारित तापमान।
| नहीं, पी / पी | प्रतिक्रिया समीकरण | टीक। |
| Fe 2 O 3 (T) + 3CO (G) \u003d 2FE (T) + 3CO 2 (G) | ||
| काओ (टी) + सीओ 2 (जी) \u003d कैको 3 (टी) | ||
| Fe 2 o 3 (t) + 3c (t) \u003d 2fe (t) + 3co (g) | ||
| अल 2 ओ 3 (टी) + 3 एसओ 3 (जी) \u003d अल 2 (सो 4) 3 (टी) | ||
| 2fe 2 o 3 (t) + 3c (t) \u003d 4fe (t) + 3CO (G) | ||
| ना 2 सीओ 3 (टी) + एच 2 तो 4 (जी) \u003d ना 2 तो 4 (टी) + एच 2 ओ (जी) + सीओ 2 (जी) | ||
| तो 3 (जी) + एच 2 ओ (जी) \u003d एच 2 तो 4 (जी) | ||
| एनए 2 सीओ 3 (टी) + सीए (ओएच) 2 (टी) \u003d कैको 3 (टी) + 2 एनओएच (टी) | ||
| कैको 3 (टी) \u003d काओ (टी) + सीओ 2 (जी) | ||
| 2K + H 2 SO 4 (G) \u003d K 2 SO 4 (T) + H 2 (G) | ||
| बीए (ओएच) 2 (टी) + 2 एनओ 3 (जी) \u003d बीए (नहीं 3) 2 (टी) + एच 2 ओ (जी) | ||
| 2fes (t) + 3,5o 2 (g) \u003d fe 2 o 3 (t) + 2so 2 (g) | ||
| 4 एचसीएल (जी) + ओ 2 (जी) \u003d 2 एच 2 ओ (जी) + 2 एल 2 (जी) | ||
| एनएच 4 सीएल (टी) \u003d एनएच 3 (जी) + एचसीएल (जी) | ||
| 2 एन 2 (जी) + 6 एच 2 ओ (जी) \u003d 4 एनएच 3 (जी) + 3 ओ 2 (जी) | ||
| 2 एच 2 (जी) + सीओ (जी) \u003d सीएच 4 ओ (जी) (मेथनॉल) | ||
| 0.5s 2 (g) + 2h 2 o (g) \u003d so 2 (g) + 2h 2 (g) | ||
| 0.5s 2 (जी) + 2CO 2 (G) \u003d SO 2 (G) + 2CO (G) | ||
| तो 2 (जी) + सीएल 2 (जी) \u003d तो 2 सीएल 2 (जी) | ||
| 4no (g) + 6h 2 o (g) \u003d 4nh 3 (g) + 5o 2 (g) | ||
| 2 एच 3 पीओ 4 (जी) + सीए (ओएच) 2 (टी) \u003d सीए (एच 2 पीओ 4) 2 + 2 एच 2 ओ (जी) | ||
| 2koh (t) + h 2 तो 4 (g) \u003d k 2 so 4 (t) + h 2 o (g) | ||
| तो 2 (जी) + 2CO (d) \u003d s (rhombus) + 2CO 2 (G) | ||
| के 2 सीओ 3 (टी) + 2 एनओ 3 (जी) \u003d 2kno 3 (टी) + एच 2 ओ (जी) + सीओ 2 (जी) | ||
| Nai (t) + hcl (g) \u003d nacl (t) + hi (g) | ||
| सीए (ओएच) 2 (टी) + 2 एचसीएल (जी) \u003d CACL 2 (टी) + 2h 2 o (g) | ||
| बीए (ओएच) 2 (टी) + एच 2 तो 4 (जी) \u003d बस 4 (टी) + 2 एच 2 ओ (जी) | ||
| बीओ (टी) + एच 2 तो 4 (जी) \u003d बेको 4 (टी) + एच 2 ओ (जी) | ||
| अल 2 ओ 3 (टी) + 6 एचसीएल (जी) \u003d 2ALCL 3 (टी) + 3 एच 2 ओ (जी) | ||
| Cuo (t) + h 2 s (g) \u003d cus (t) + h 2 o (g) | ||
| Cuo (t) + 2hcl (g) \u003d cucl 2 (t) + h 2 o (g) | ||
| 2CO (जी) + 3h 2 (g) \u003d h 2 o (g) + c 2 h 4 o (g) (acetaldehyde) | ||
| एजी 2 ओ (टी) + 2hno 3 (g) \u003d 2agno 3 (t) + 2h 2 o (g) | ||
| सीओ 2 (जी) + 2 एन 3 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी) + सी 4 एन 2 ओ (टी) (कार्बामाइड) | ||
| नैनो 3 (टी) + केसीएल (टी) \u003d एनएसीएल (टी) + नो 3 (टी) | ||
| 4nh 3 (g) + 4no 2 (g) + 2h 2 o (g) + o 2 (g) \u003d 4nh 4 संख्या 3 (t) | ||
| (एनएच 4) 2 तो 4 (टी) + बीए (नहीं 3) 2 \u003d बसो 4 (टी) + 2 एनएच 4 नंबर 3 (टी) | ||
| (एनएच 4) 2 तो 4 (टी) + सीएसीएल 2 (टी) \u003d कैसो 4 (टी) + 2 एनएच 4 सीएल (टी) |
समापन
| नहीं, पी / पी | प्रतिक्रिया समीकरण | टीक। |
| सी 2 एच 2 (जी) + एच 2 ओ (जी) \u003d सी 2 एच 4 ओ (जी) (एसीटाल्डेहाइड) | ||
| Ch 4 (g) + hno 3 (g) \u003d h 2 o (g) + ch 3 no 2 (g) (नाइट्रोमेथेन) | ||
| 8AL (t) + 3fe 3 o 4 (t) \u003d 9fe (t) + 4al 2 o 3 (t) | ||
| 2nh 4 संख्या 3 (t) \u003d 4h 2 o (g) + o 2 (g) + 2n 2 (g) | ||
| सी 2 एच 2 (जी) + 2 एच 2 ओ (जी) \u003d सी 3 कोह (जी) + एच 2 (जी) | ||
| Ch 4 (g) + 2h 2 s (g) \u003d cs 2 (g) + 4h 2 (g) | ||
| एच 2 एस (जी) + सीओ 2 (जी) \u003d एच 2 ओ (जी) + कॉस (जी) | ||
| 2नाको 3 (टी) \u003d एनए 2 सीओ 3 (टी) + एच 2 ओ (जी) + सीओ 2 (जी) | ||
| Zn (ओह) 2 (टी) + सीओ 2 (जी) \u003d जेएनसीओ 3 (टी) + एच 2 ओ (जी) | ||
| Zns (t) + h 2 तो 4 (g) \u003d znso 4 (t) + h 2 s (g) | ||
| 2agno 3 (t) \u003d 2ag (t) + o 2 (g) + 2no 2 (g) | ||
| 2kmno 4 (t) + 3h 2 o 2 (g) \u003d 2mno 2 (t) + 2koh (t) + 3o 2 (g) + 2h 2 o (g) | ||
| केसीएलओ 3 (टी) + एच 2 ओ 2 (जी) \u003d केसीएल (टी) + 2 ओ 2 (जी) + एच 2 ओ (जी) | ||
| 3Cl 2 (g) + 6koh (t) \u003d kclo 3 (t) + 3h 2 o (g) + 5kcl (t) | ||
| 4cl 2 (g) + h 2 s (g) + 4h 2 o (g) \u003d 8hcl (g) + h 2 तो 4 (g) | ||
| 2koh (t) + mno (t) + cl 2 (g) \u003d mno 2 + 2kcl (t) + h 2 o (g) | ||
| P (t) + 5hno 3 (g) \u003d h 3 po 4 (g) + 5no 2 (g) + h 2 o (g) | ||
| Cu (t) + 2h 2 तो 4 (g) \u003d cuso 4 (t) + तो 2 (g) + 2h 2 o (g) | ||
| पीबीएस (टी) + 4 एच 2 ओ 2 (जी) \u003d पीबीएसओ 4 (टी) + 4 एच 2 ओ (जी) | ||
| 8hj (g) + h 2 तो 4 (g) \u003d 4j 2 + h 2 s (g) + 4h 2 o (g) | ||
| सीए (ओएच) 2 (टी) + एच 2 एस (जी) \u003d सीएएस (टी) + 2 एच 2 ओ (जी) | ||
| पी 2 ओ 5 (टी) + 3 एच 2 ओ (जी) \u003d 2 एच 3 पीओ 4 (जी) |
प्रयोगशाला कार्यशाला
खुले और बंद प्रकार प्रणालियों में प्रक्रियाओं की सहजता को एक विशेष मानदंड के माध्यम से वर्णित किया गया है जिसे गिब्स ऊर्जा कहा जाता है। यह राज्य का एक कार्य है। डी.यू. गिब्स, थर्मोडायनामिक सिस्टम के साथ काम करते हुए, इसे एंट्रॉपी और उत्साही के माध्यम से लाने में कामयाब रहे। विशेष रूप से गिब्स ऊर्जा, सहज जैविक प्रक्रियाओं के फोकस की भविष्यवाणी करना और उनकी सैद्धांतिक रूप से प्राप्त करने योग्य दक्षता का मूल्यांकन करना संभव बनाता है।
यदि आप दूसरे स्थान पर गिब्स निष्कर्ष लागू करते हैं, तो शब्द निम्नानुसार होगा: बाहरी प्रभाव के बिना स्थायी (कॉन्स) दबाव और तापमान के साथ, सिस्टम केवल ऐसी प्रक्रियाओं के सहज प्रवाह का समर्थन कर सकता है, जिनके लिए गिब्स के ऊर्जा स्तर को कम करने का परिणाम है वह मान होता है जब स्थापित न्यूनतम होता है। किसी भी थर्मोडायनामिक सिस्टम के संतुलन का अर्थ है निर्दिष्ट ऊर्जा की अपरिवर्तनीयता (न्यूनतम)। इसलिए, गिब्स एनर्जी इसोबारो-आइसोथर्मल सिस्टम में संभावित (मुक्त उत्साह) है। आइए बताएं कि अब न्यूनतम क्यों है। तथ्य यह है कि यह थर्मोडायनामिक्स में संतुलन के सबसे महत्वपूर्ण पोस्टुलेट्स में से एक है: इस स्थिति में तापमान और दबाव की अपरिवर्तनीयता में यह है कि अगले परिवर्तन के लिए ऊर्जा स्तर को बढ़ाने के लिए यह आवश्यक है, और यह केवल किसी भी बाहरी को बदलना आवश्यक है कारक।
पत्र नोटेशन - जी। ज्ञात Enthalpy और Entropy पर तापमान के तापमान के मूल्य के बीच अंतर के बराबर। यही है, गिब्स ऊर्जा को निम्नलिखित सूत्र के माध्यम से व्यक्त किया जा सकता है:
जहां एस सिस्टम की एंट्रॉपी है; टी - थर्मोडायनामिक तापमान; एच - Enthalpy। इस सूत्र में सिस्टम की एन्ट्रॉपी को इस तथ्य को ध्यान में रखने के लिए शामिल किया गया है कि उच्च तापमान सिस्टम (विकार) की क्रम वाली स्थिति में कमी की ओर जाता है, और सबसे कम एक ही तरीका है।
चूंकि गिब्सोवा ऊर्जा, और उत्साही - चर्मोडायनामिक्स में सिस्टम के कार्यों में से एक, परिवर्तन जी या एच के माध्यम से, रासायनिक परिवर्तनों को चिह्नित करना संभव है। यदि गिब्स ऊर्जा में बदलाव भी दिया जाता है, तो इसे थर्माकेमिकल क्लास के रूप में जाना जाता है।
इस ऊर्जा के संबंध में, ग्रेस नियम तैयार किया जा सकता है: यदि दबाव और तापमान अपरिवर्तित हैं, तो प्रारंभिक (मूल अभिकर्मकों) से नए पदार्थों का निर्माण इस तथ्य की ओर जाता है कि सिस्टम में ऊर्जा बदलती है, जबकि प्रतिक्रियाओं के प्रकार होने वाली और उनकी राशि परिणाम को प्रभावित नहीं करती है।
चूंकि लेख में निर्दिष्ट ऊर्जा एक परिवर्तनीय मूल्य है, इसलिए गणनाओं को पूरा करने के लिए "मानक गिब्स एनर्जी" की अवधारणा पेश की गई थी। यह मान किसी भी रासायनिक निर्देशिका में मौजूद है, संख्यात्मक रूप से 2 9 8 केजे / एमओएल (ध्यान दें कि आयाम किसी अन्य दाढ़ी ऊर्जा के समान ही है)। यह मान आपको लगभग किसी भी रासायनिक प्रक्रिया के लिए परिवर्तन की गणना करने की अनुमति देता है।
यदि सिस्टम (कार्य) के दौरान बाहरी प्रभाव होता है, तो गिब्स ऊर्जा का मूल्य बढ़ता है। ऐसी प्रतिक्रियाएं एंडरगोनल का संदर्भ देती हैं। तदनुसार, यदि प्रणाली स्वयं नौकरी बनाती है, तो ऊर्जा खर्च करती है, तो हम व्यायामशील अभिव्यक्तियों के बारे में बात कर रहे हैं।
गिब्स एनर्जी की अवधारणा को आधुनिक रसायन शास्त्र में व्यापक उपयोग मिला है। उदाहरण के लिए, पॉलिमर संश्लेषण अनुलग्नक प्रतिक्रियाओं पर आधारित है। जब वे आयोजित होते हैं, तो कई कणों को एक में जोड़ा जाता है, जबकि एंट्रॉपी का मूल्य घटता है। गिब्स फॉर्मूला के आधार पर, यह तर्क दिया जा सकता है कि बाहरी प्रभाव (उदाहरण के लिए, उच्च तापमान) प्रवेश की एक समान exothermic प्रतिक्रिया आकर्षित कर सकते हैं, जो अभ्यास में पुष्टि की जाती है।
एक या किसी अन्य प्रतिक्रिया के सहज या सहज प्रवाह की संभावना को समझाने के लिए गिब्स की मुक्त ऊर्जा की अवधारणा रसायन विज्ञान में पेश की गई थी। इस ऊर्जा की गणना प्रक्रिया एन्ट्रॉपी और ऊर्जा की मात्रा में परिवर्तन के ज्ञान की आवश्यकता होती है, जो अवशोषित होती है या इसके कार्यान्वयन से प्रतिष्ठित होती है।
नि: शुल्क ऊर्जा, जो विभिन्न प्रक्रियाओं के प्रवाह की संभावना को निर्धारित करती है, को एक बड़े पत्र जी द्वारा दर्शाया जाता है। उन्हें अमेरिकन XIX शताब्दी भौतिक विज्ञानी जोसायिया विल्स गिब्स के सम्मान में गिब्स एनर्जी का नाम मिला, जिन्होंने विकास में सबसे महत्वपूर्ण योगदान दिया आधुनिक थर्मोडायनामिक सिद्धांत।
यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि पहली थीसिस, जिसकी सुरक्षा के बाद गिब्स ने पीएचडी का खिताब प्राप्त किया, उन्होंने गियर दांतों के आकार के बारे में लिखा। इस अध्ययन में, उन्होंने इन दांतों के सही रूप को विकसित करने के लिए ज्यामितीय विधियों का उपयोग किया। थर्मोडायनामिक्स वैज्ञानिक ने केवल 32 साल की उम्र में अध्ययन करना शुरू किया, और भौतिकी के इस क्षेत्र में जबरदस्त सफलता हासिल की।
गिब्स की मानक ऊर्जा मानक स्थितियों के तहत ऊर्जा है, यानी, कमरे के तापमान (25 ºC) और वायुमंडलीय दबाव (0.1 एमपीए) पर है।
थर्मोडायनामिक्स के बुनियादी सिद्धांतों को समझने के लिए, सिस्टम के एंट्रॉपी और उत्साही की अवधारणाओं को भी पेश किया जाना चाहिए।
Enthalpy के तहत सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा को समझा जाना चाहिए, जो इस दबाव में और इस राशि में है। यह मान लैटिन अक्षर एच द्वारा दर्शाया गया है और यू + पीवी के बराबर है, जहां आप सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा है, पी दबाव है, वी सिस्टम की मात्रा है।
सिस्टम की एंट्रॉपी एक भौतिक मूल्य है जो विकार के माप को दर्शाता है। दूसरे शब्दों में, एन्ट्रॉपी इस प्रणाली को बनाने वाले कणों के स्थान की विशेषता का वर्णन करता है, जो कि इस प्रणाली के प्रत्येक राज्य के अस्तित्व की संभावना की संभावना है। यह आमतौर पर लैटिन पत्र एस है।
इस प्रकार, Enthalpy एक ऊर्जा विशेषता है, और Entropy ज्यामितीय है। ध्यान दें कि थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं को समझने और वर्णन करने के लिए, एंट्रॉपी और उत्साही के पूर्ण मान उपयोगी जानकारी नहीं लेते हैं, केवल उनके परिवर्तनों के मूल्य महत्वपूर्ण हैं, यानी, δH और δ.
यह कानून समझने में मदद करता है, जिस दिशा में प्रतिक्रिया मनमाने ढंग से बहती है, या यह संतुलन में होगी। थर्मोडायनामिक्स के लिए निम्नलिखित कथन मौलिक हैं:
रसायन विज्ञान में, मनमानी प्रक्रियाओं को उन लोगों को बुलाया जाता है जो उनके लिए बाहरी प्रवाह के बिना होते हैं। मनमाने ढंग से प्रवाह इस तरह के अवसर की संभावना को इंगित करता है और प्रक्रिया के गतिशीलता से संबंधित नहीं है। तो, वह एक विस्फोटक चरित्र होने के लिए जल्दी से रिसाव कर सकता है, लेकिन यह हजारों और लाखों वर्षों के लिए बह सकता है और धीरे-धीरे बह सकता है।
स्वचालित रूप से होने वाली प्रतिक्रिया का एक क्लासिक उदाहरण ग्रेफाइट के कार्बन अल्ट्रोपी संशोधन में हीरे के रूप में कार्बन का रूपांतरण होता है। इस तरह की प्रतिक्रिया इतनी धीमी है कि, अपने जीवन के दौरान, एक व्यक्ति को मूल हीरे में कोई बदलाव नहीं दिखाई देगा, इसलिए वे कहते हैं कि हीरे शाश्वत हैं, हालांकि यदि आपके पास पर्याप्त समय है, तो आप देख सकते हैं कि चमकदार पत्थर कैसे बन जाता है काला, ग्रेफाइट कहने के समान।
मनमाने ढंग से बहने वाली प्रक्रियाओं का एक और महत्वपूर्ण पहलू गर्मी का रिहाई या अवशोषण है, पहले मामले में वे एक्सोथर्मिक प्रक्रिया के बारे में कहते हैं, दूसरे मामले में, एंडोथर्मिक के बारे में, यह है कि यह उत्साह के एंटलापी के संकेत के बारे में है। ध्यान दें कि एक्सोथर्मिक और एंडोथर्मिक प्रक्रिया दोनों मनमाने ढंग से रिसाव कर सकते हैं।
एक मनमाने ढंग से बहने की प्रक्रिया का एक ज्वलंत उदाहरण आंतरिक दहन इंजन सिलेंडर में ईंधन मिश्रण को आग लगाना है। इस प्रतिक्रिया में, बड़ी मात्रा में थर्मल ऊर्जा को प्रतिष्ठित किया जाता है, जिसे क्रैंकशाफ्ट रोटेशन को मजबूर करने, यांत्रिक ऊर्जा में लगभग 30% की दक्षता से परिवर्तित किया जाता है। उत्तरार्द्ध कार के ट्रांसमिशन पहियों के माध्यम से टोक़ प्रसारित करता है, और मशीन चल रही है।
एक एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया का एक उदाहरण जो गर्मी अवशोषण के साथ स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ता है, पानी में सामान्य टेबल नमक एनएसीएल का विघटन होता है। इस प्रतिक्रिया में, δh \u003d +3.87 केजे / एमओएल\u003e 0. इस तथ्य को जांचें कि इसमें नमक को भंग करने और इसे भंग करने से पहले पानी के तापमान को मापा जा सकता है। अंतिम तापमान और प्रारंभिक के बीच परिणामस्वरूप अंतर नकारात्मक होगा।
यदि कोई प्रक्रिया निरंतर दबाव और तापमान वाले सिस्टम में आगे बढ़ती है, तो थर्मोडायनामिक्स के दूसरे कानून को निम्न फ़ॉर्म में फिर से लिखा जा सकता है: जी \u003d एच-टीएस। जी जी - गिब्स की नि: शुल्क ऊर्जा केजे / एमओएल का आयाम है। किसी विशेष प्रतिक्रिया के प्रवाह की सहनशीलता की परिभाषा इस मान को बदलने के संकेत पर निर्भर करती है, यानी, δG। नतीजतन, थर्मोडायनामिक्स का दूसरा कानून एक फॉर्म ले जाएगा: δG \u003d δH -tδs। निम्नलिखित मामले संभव हैं:
थर्मोडायनामिक्स के दूसरे कानून के लिए पेश की गई अभिव्यक्ति यह निर्धारित करना संभव बनाता है कि प्रक्रिया मनमाने ढंग से बह सकती है। ऐसा करने के लिए, तीन मात्राओं का विश्लेषण करना आवश्यक है: Enthalpy δh में परिवर्तन, Entropy δs और तापमान टी में परिवर्तन। ध्यान दें कि तापमान और वजन की अंतरराष्ट्रीय प्रणाली पर तापमान पूर्ण इकाइयों में व्यक्त किया जाता है, जो कि है , केल्विन में, इसलिए यह हमेशा एक सकारात्मक मूल्य है।
प्रतिक्रिया बहने की दिशा तापमान पर निर्भर नहीं है अगर:
यदि δh और δs के मानों में परिवर्तन संयोग करते हैं, तो तापमान ऐसी प्रक्रिया को बहने की संभावना में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इस प्रकार, exothermic प्रतिक्रिया मनमाने ढंग से कम तापमान पर जाएगी, और exothermic प्रतिक्रिया उच्च है।
एक प्रतिक्रिया का एक अच्छा उदाहरण जिसमें गिब्स ऊर्जा संकेत तापमान पर निर्भर करता है बर्फ पिघल रहा है। ऐसी प्रक्रिया के लिए, δH \u003d 6.01 केजे / एमओएल, यानी, प्रतिक्रिया एंडोथर्मल है, δS \u003d 22.0 जे / एमओएल * के, यानी, यह प्रक्रिया एन्ट्रॉपी में वृद्धि के साथ होती है।
हम उस तापमान को पिघलने के लिए तापमान की गणना करते हैं जिस पर गिब्स की शक्ति में परिवर्तन शून्य होगा, यानी प्रणाली संतुलन स्थिति में होगी। थर्मोडायनामिक्स के दूसरे कानून से, हम प्राप्त करते हैं: टी \u003d δH / δS, निर्दिष्ट मानों के मानों को प्रतिस्थापित करना, टी \u003d 6.01 / 0.022 \u003d 273.18 के की गणना की।
यदि आप केल्विन से सामान्य डिग्री सेल्सियस तक तापमान का अनुवाद करते हैं, तो हमें 0 ºc मिलता है। यही है, इस उपर्युक्त तापमान पर, मूल्य δG 0, और रिवर्स प्रक्रिया पहले से ही उठाई जाएगी, यानी तरल पानी का क्रिस्टलाइजेशन।
