Энергия Гиббса как функция состояния системы и критерий направленности процесса

∆G⁰ – функция состояния системы. Получила свое название в честь американского ученого Гиббса

∆G как критерий направленности процесса является таким же свойством системы как внутренняя энергия, энтальпия, энтропия.

Изменение энергии Гиббса не зависит от пути процесса, приводят при постоянном давлении и температуре.

Условие: ∆G_р,Т <0 то реакция осуществима в прямом направлении

∆G_р,Т >0 то реакция не осуществима в прямом направлении

∆G_р,Т = 0 – система в равновесии

12. математическое уравнение, связывающее изменение энергии Гиббса (∆G) с энтальпией и энтропией. Расчет ∆G по первому следствию закона Гесса. Экзергонические и эндергонические реакции в живых организмах. Понятие о сопряженных процессах. Коэффициент полезного действия биохимических процессов.

∆G связана с ∆H и ∆S следующим уравнением:

Уравнение Гиббса:

∆G⁰ = ∆H⁰ - Т∆S⁰

∆H⁰ - энтальпийный фактор

Т∆S⁰ – энропийный фактор

1) ∆G⁰ <0

а. Если ∆H⁰<0, ∆S⁰>0 (например, реакция окисления глюкозы)

б. Если ∆H⁰>0, ∆S⁰>0 (при высоких температурах, например, денатурация белка)

2) ∆G⁰ >0, если ∆H⁰<0, ∆S⁰<0 (при очень низких температурах и малом энтропийном приращении, например, реакции гидратации белков и ряда солей)

Закон Гесса для энергии Гиббса:

Изменение энергии Гиббса при образовании заданных продуктов из данных реагентов при постоянном давлении и температуре не зависит от числа и вида реакций, в результате которых образуются эти продукты.

Следствие:

Энергия Гиббса реакции равна алгебраической сумме энергий Гиббса образования стехиометрического количества продуктов за вычетом алгебраической суммы энергий Гиббса образования стехиометрического количества реагентов:

∆Gр = (nc∆Gc + nD∆GD) – (nA∆GA + nB∆GB)

Химические реакции, при протекании которых происходит уменьшение энергии Гиббса системы и совершается работа, называются экзергоническими.

Реакции, в результате которых энергия Гиббса возрастает и над системой совершается работа, называются эндергоническими.

Такие реакции не проходят самопроизвольно, но они могут быть сопряжены с реакциями, идущими с уменьшением ∆G (реакция окисления глюкозы проходит в 9 стадий).

Говоря об энергии биохимических процессов, стоит отметить высокий КПД, это есть особенность живого организма, хотя КПД механических машин не более 20.

13. обратимые и необратимые по направлению химические реакции. Условия возникновения химического равновесия. Химический потенциал. Математическое выражение химического потенциала.

Обратимые - реакции, которые при данных внешних условиях могут самопроизвольно протекать как в прямом, так и в обратном направлениях.

Необратимые – реакции, которые протекают до конца, до полого израсходования одного из реагирующих веществ.

Условия, определяющие химическое равновесие:

υ₁ = υ₂; ∆G = 0

υ

график изменения скорости в прямой и обратной реакции

с течением времени

 

t

Химическим потенциалом вещества Х заданной системе называется величина, определяющаяся изменением энергии Гиббса, приходящаяся на 1 моль данного вещества при заданных условиях.

μ(Х) = G(X) / n(X)

μ(Х) – химический потенциал вещества Х, Дж/моль

G(X) – энергия Гиббса вещества Х в системе, Дж

n(X) – количество вещества Х в системе, моль

Если вещество Х находится в растворе, о химический потенциал зависит от концентрации и природы растворителя, эта зависимость носит логарифмический характер и имеет следующий вид:

μ(Х) = μ⁰(Х) + R T ln C(X)

μ⁰(Х) – стандартный химический потенциал вещества Х, Дж/моль

ln – натуральный логарифм (е = 2,72)

C(X) – концентрация вещества Х, моль/л