Заказ №38812

45 (5). Каким образом определяется возможность и направление протекания химических реакций? Пользуясь таблицей, вычислите изменения энергии Гиббса и приведите ответ на следующий вопрос: В процессе усвоения углеводов в организме человека происходит гидролитическое расщепление полисахаридов до моносахаридов, которые далее окисляются до CO2(г) и Н2О(ж). Рассчитайте изменения энтальпии системы, энтропии и энергии Гиббса (при 37оС) реакции окисления кислородом сахарозы.

Решение:

1. Для проведения термодинамических расчетов используют справочные данные (таблицы термодинамических величин), в которых приводятся чаще всего стандартные энтальпии образования, энергии Гиббса образования и энтропии различных веществ: ΔН0 298, ΔG 0 298, S 0 298. Стандартная энтальпия образования и энергия Гиббса образования простых веществ принимаются равными нулю. Если элемент образует несколько простых веществ, то стандартным считается состояние элемента в виде наиболее устойчивой в данных условиях модификации (кислород, ромбическая сера, графит, кристаллический йод, жидкий бром и др.). Энтропии простых веществ не равны нулю. Для расчета ΔН0 , ΔG 0 , S 0 химических реакций применяют закон Гесса или его следствия. Расчетные данные относятся к мольным соотношениям веществ, которые указаны стехиометрическими коэффициентами химического уравнения. Термохимические расчеты основаны на законе Гесса (1840): тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода. Часто в термохимических расчетах применяют следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции (∆rH) равен сумме теплот образования (∆fH) продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции ∆rH = ∑ ni∆fHпрод – ∑ nj∆fHисх Стандартная энтальпия образования ΔНобр – теплота, выделяемая или поглощаемая при образовании 1 моль вещества из простых веществ, его составляющих, при стандартных условиях. Для изолированных систем критерием самопроизвольного течения процесса является рост энтропии. Энтропия – мера состояния молекул, мера хаотичности системы. Sпара>Sжидкости>Sтверд. 20 Для реакции, проходящей при постоянном давлении (это большинство реакций в природе), Sср = H/T. Абсолютное значение энтропии всех веществ приводится в справочнике. Для расчета надо использовать следствия закона Гесса ∆S 0 р-ции=𝚺nj𝚫S 0 j продукты -𝚺ni𝚫S 0 i исх.в-в Самопроизвольный процесс в некоторой системе (где изменения и энтропии, и энтальпии относятся только к рассматриваемой системе) возможен, если: S – H/Т > 0, или H – T S < 0. Значение этой функции (ее знак): G = H – T S и определяет направление процесса. Функция состояния системы G называется энергией Гиббса, или изобарноизотермическим потенциалом, или свободной энергией (устар.) системы. В системе в качестве самопроизвольного возможен только тот процесс, в результате которого энергия Гиббса системы уменьшается, G < 0. Это одно из основных уравнений химической термодинамики, т.к. связывает возможность протекания химической реакции в системе с происходящими при этом изменениями энтальпии H и энтропии S. Величина ∆G для той или иной реакции может быть определена по формуле: ΔGr = ΔGобр(продуктов) – ΔGoбp(реагентов). Если нужно рассчитать энергию Гиббса для температуры, отличной от стандартной, то используют уравнение ΔG 0 т = ΔН0 т – TS 0 т, где ΔН0 и S 0 – величины, зависящие от температуры. Например, ΔG 0 298 = ΔН0 298 – TS 0 298 ΔG 0 1000 = ΔН0 1000 – TS 0 1000, Для ориентировочных расчетов можно принять, что ΔН0 и S 0 мало зависят от температуры (что часто имеет место в действительности), т.е. ΔН0 т ≈ ΔН0 298, S 0 т ≈ S 0 298. Тогда уравнение примет вид: ΔG 0 298 ≈ ΔН0 298 – TS 0 298 Для ориентировочных приближенных расчетов.