Химических реакций

Энтальпийный и энтропийный факторы, характеризующие две противоположные тенденции процессов, взятые по отдельности, не могут быть критериями самопроизвольного течения химических реакций. Для изобарно-изотермических процессов их объединяет функция, называемая энергией Гиббса процесса:

Δ G = Δ H – T Δ S.

Энергия Гиббса служит критерием самопроизвольного протекания химической реакции при изобарно-изотермических процессах. Химическая реакция принципиально возможна, если энергия Гиббса уменьшается, т. е. Δ G< 0. Это уравнение является условием возможности самопроизвольного протекания реакции в прямом направлении. Химическая реакция не может протекать самопроизвольно, если энергия Гиббса возрастает, т. е. Δ G> 0. Термодинамическим условием возможности самопроизвольного протекания обратной реакции является возрастание энергии Гиббса Δ G > 0. Если Δ G =0, то реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлениях, т. е. реакция обратима.

Направление химических реакций зависит от их характера. Условие Δ G < 0 соблюдается при любой температуре для экзотермических реакций (Δ Н < 0), у которых Δ S > 0. У таких реакций обе движущие силы (Δ Н и Т Δ S) направлены в сторону протекания прямой реакции и Δ G < 0 при любых температурах. Такие реакции самопроизвольно могут идти только в прямом направлении, т. е. являются необратимыми. Примером служит реакция:

С (графит) + О₂ = СО.

Эта реакция экзотермична (Δ Н = –110, 5 кДж/моль), в результате ее протекания возрастает число молей газообразных веществ (Δ S =89, 38 Дж/(моль·К)), т. е. при любых температурах Δ G < 0.

Эндотермическая реакция (Δ Н > 0), в результате которой уменьшается число молей газообразных веществ (Δ S < 0), не может протекать самопроизвольно в прямом направлении при любой температуре, так как всегда Δ G > 0.

Возможности протекания многих реакций зависят от температуры, так как с изменением температуры меняется знак энергии Гиббса этих реакций. Если в результате экзотермической реакции Δ Н < 0 и Δ S < 0, то при невысокой температуре |Δ Н | < | Т Δ S |, и реакция может самопроизвольно протекать в прямом направлении (Δ G < 0). При высоких температурах |Δ Н | > | Т Δ S |, и прямая реакция самопроизвольно протекать не может (Δ G > 0), а обратная возможна.