Question

Оценить термодинамическую возможность протекания в стандартных условиях реакции N2(г) + 2 H2O(ж) = NH4NO2(т) Может ли эта реакция протекать при высоких температурах? почему величину энергии Гиббса можно истользовать в качестве критерия самопроизвольности протекания реакции. объяснить, возможны ли случаи, когда реакции с дельтаG<0 не идут. ​

Answer 1

Ответ:

правило Свобо́дная эне́ргия Ги́ббса (или просто эне́ргия Ги́ббса, или потенциа́л Ги́ббса, или изобарно-изотермический потенциал, или термодинами́ческий потенциа́л в узком смысле) — это величина, изменение которой в ходе химической реакции равно изменению внутренней энергии системы. Энергия Гиббса показывает, какая часть от полной внутренней энергии системы может быть использована для химических превращений или получена в их результате в заданных условиях и позволяет установить принципиальную возможность протекания химической реакции в заданных условиях. Математически это термодинамический потенциал следующего вида:

{\displaystyle G=U+PV-TS}{\displaystyle G=U+PV-TS}

Энергию Гиббса

Answer 2

Для оценки термодинамической возможности протекания реакции, мы можем использовать уравнение Гиббса-Гельмгольца:

ΔG = ΔH - TΔS

Где: ΔG - изменение свободной энергии Гиббса ΔH - изменение энтальпии ΔS - изменение энтропии T - температура в Кельвинах

Для реакции N2(г) + 2 H2O(ж) = NH4NO2(т) нам нужно знать значения ΔH и ΔS для этой реакции. Положительное значение ΔG означает, что реакция не будет происходить самопроизвольно при стандартных условиях (T = 298 K, P = 1 атм), так как в этом случае ΔG должно быть отрицательным.

Чтобы ответить на вопрос, может ли эта реакция протекать при высоких температурах, мы можем рассмотреть зависимость ΔG от температуры. Если ΔH и ΔS остаются постоянными, то увеличение температуры приведет к увеличению ΔG (по уравнению Гиббса-Гельмгольца). Таким образом, при повышении температуры может наступить момент, когда ΔG станет отрицательным, и реакция начнет протекать самопроизвольно.

Теперь давайте объясним, почему величину энергии Гиббса можно использовать в качестве критерия самопроизвольности протекания реакции. ΔG - это энергия, доступная для выполнения работы при постоянной температуре и давлении. Если ΔG < 0, то система имеет склонность к уменьшению своей свободной энергии путем протекания реакции. Это связано с тем, что система стремится к состоянию с минимальной свободной энергией, и, следовательно, реакция происходит самопроизвольно.

Теперь о возможных случаях, когда реакции с ΔG < 0 не идут. На самом деле, ΔG < 0 не гарантирует, что реакция обязательно протечет. Скорость реакции также зависит от активации и механизма реакции. Например, может потребоваться высокая активационная энергия, чтобы начать реакцию, даже если ΔG отрицательно. Также реакция может быть медленной из-за кинетических барьеров, несмотря на отрицательное ΔG. В таких случаях введение катализатора может ускорить реакцию и позволить ей протекать.