Термодинамические потенциалы. 
Физическая и коллоидная химия

В результате изучения материала главы 4 студент должен: знать фундаментальное уравнение Гиббса, условия протекания самопроизвольных реакций;

уметь рассчитывать энергию Гиббса для химических реакций; владеть специальными терминами и навыками нахождения изменения свободной энергии в изобарно-изотермических условиях и определения направления протекания процесса.

В предыдущих разделах, пытаясь разобраться с критериями направленности процессов, мы пришли к выводу, что в нашем мире, в котором мы живем, проявляются две тенденции, обуславливающие протекание процессов. Одна из них связана с взаимодействием частиц между собой и стремящаяся к объединению их в нечто структурно целое, единое. Следствием этой тенденции является уменьшение энергосодержания системы, что и отражает принцип Бертло — Томсена: протекают самопроизвольно те процессы, реакции, в которых система понижает свое энергосодержание. Критерием этой категории реакций при постоянном давлении служит изменение энтальпии реакции АН. Если изменение энтальпии в реакции АН < 0 (экзотермические реакции), то процесс протекать будет самопроизвольно, если изменение энтальпии реакции величина положительная АН > 0 (эндотермические реакции), то самопроизвольное их течение исключено.

Другая, противоположная, тенденция, связана с разрушением структуры системы па отдельные ее фрагменты, с разделением веществ па составляющие его частицы, беспорядочное расположение их с более равномерным распределением по всему объему системы, что является следствием тепловых свойств. Критерием направленности этих процессов является изменение энтропии AS. Если изменение энтропии величина положительная AS > 0, то процессы самопроизвольно протекают в сторону более вероятного состояния системы, характеризуемого большим беспорядком. Если же изменение энтропии величина отрицательная AS < 0, то самопроизвольно такие процессы в изолированной системе не идут.

В большинстве же процессов одновременно происходят изменения и энтальпии, и энтропии. Видимо, должна быть функция, которая объединяла бы оба эти критерия.

Уравнение.

устанавливает тот факт, что обе тенденции одинаковы, т. е. энтальпийный ?Н и энтропийный T?S факторы компенсируют друг друга. Уравнение является условием равновесия прямой и обратной реакции (процесса), т. е. количество энергии, выделившееся в результате процесса при постоянном давлении, полностью расходуется (утилизируется) обратимо на тепловое движение частиц системы. В этом случае говорят, что система находится в равновесии.

Например, при испарении кипящей воды происходит увеличение энергосодержания пара (энтропийный фактор), которое возвращается при его конденсации (энтальпийный фактор). При их равенстве мы имеем состояние равновесия между кипящей водой при 100 °C и насыщенным водяным паром при давлении водяных паров равных 101 325 Па.

Приведенное уравнение является условием равновесия обратимого процесса, характеризуя такое состояние системы, когда скорости протекающих в ней противоположных процессов становятся равными.

Кстати, с помощью последнего равенства можно рассчитать изменение энтропии, энтальпии и температуру в данном равновесном состоянии. Применительно к физическим фазовым переходам можно записать, что, например, температура плавления Тпл равна.

^т

А в случае химических процессов равновесная температура T_равн равна.