«Գիբսի էներգիա»–ի խմբագրումների տարբերություն
չ ավելացվեց Կատեգորիա:Ֆիզիկայի հասկացություններ ՀոթՔաթ գործիքով |
չ Բոտ: կոսմետիկ փոփոխություններ |
||
Տող 4. | Տող 4. | ||
: <math>G=U+PV-TS</math>։ |
: <math>G=U+PV-TS</math>։ |
||
Գիբսի էներգիան կարելի է հասկանալ որպես համակարգի լրիվ քիմիական էներգիա։ |
Գիբսի էներգիան կարելի է հասկանալ որպես համակարգի լրիվ քիմիական էներգիա։ Գիբսի էներգիայի հասկացությունը լայնորեն կիրառվում է [[թերմոդինամիկա]]յում և [[քիմիա]]յում։ |
||
Իզոբար-իզոթերմ պրոցեսի ինքնակամ ընթացքը որոշվում է երկու գործոններով․ համակարգի [[էնտալպիա]]յի նվազմամբ (ΔH) և T ΔS չկարգավորվածության աճով՝ պայմանավորված |
Իզոբար-իզոթերմ պրոցեսի ինքնակամ ընթացքը որոշվում է երկու գործոններով․ համակարգի [[էնտալպիա]]յի նվազմամբ (ΔH) և T ΔS չկարգավորվածության աճով՝ պայմանավորված [[էնտրոպիա]]յի աճով։ Այս թերմոդինամիկական գործոնների տարբերությունը՝ Գիբսի ազատ էներգիան, համակարգի [[վիճակի ֆունկցիա]] է, կոչվում է նաև իզոբար-իզոթերմ պոտենցիալ։ |
||
== Սահմանում == |
== Սահմանում == |
||
Գիբսի էներգիայի դասական սահմանումը |
Գիբսի էներգիայի դասական սահմանումը |
||
: <math>G=U+PV-TS,</math> |
: <math>G=U+PV-TS,</math> |
||
արտահայտությունն է, որտեղ <math>U</math>-ն |
արտահայտությունն է, որտեղ <math>U</math>-ն [[ներքին էներգիա]]ն է, <math>P</math>-ն՝ [[ճնշում]]ը, <math>V</math>-ն՝ [[ծավալ]]ը, <math>T</math>-ն՝ բացարձակ [[ջերմաստիճան]]ը, <math>S</math>-ը՝ [[թերմոդինամիկական էնտրոպիա|էնտրոպիան]]։ |
||
Հաստատուն թվով մասնիկներով համակարգի համար Գիբսի էներգիայի [[դիֆերենցիալ]]ը, արտահայտված սեփական փոփոխականներով՝ p [[ճնշում]]ով և |
Հաստատուն թվով մասնիկներով համակարգի համար Գիբսի էներգիայի [[դիֆերենցիալ]]ը, արտահայտված սեփական փոփոխականներով՝ p [[ճնշում]]ով և T [[ջերմաստիճան]]ով, կլինի՝ |
||
: <math>dG=-S\,dT+V\,dP</math>։ |
: <math>dG=-S\,dT+V\,dP</math>։ |
||
Փոփոխական թվով մասնիկներից կազմված համակարգի համար այս դիֆերենցիալը գրվում է որպես |
Փոփոխական թվով մասնիկներից կազմված համակարգի համար այս դիֆերենցիալը գրվում է որպես |
||
: <math>dG=-S\,dT+V\,dP+\mu\,dN</math>, |
: <math>dG=-S\,dT+V\,dP+\mu\,dN</math>, |
||
որտեղ <math>\mu</math>-ն [[քիմիական պոտենցիալ]]ն է, որը կարելի է սահմանել որպես համակարգին մեկ մասնիկ ավելացնելու համար անհրաժեշտ էներգիան։ |
որտեղ <math>\mu</math>-ն [[քիմիական պոտենցիալ]]ն է, որը կարելի է սահմանել որպես համակարգին մեկ մասնիկ ավելացնելու համար անհրաժեշտ էներգիան։ |
||
Տող 22. | Տող 22. | ||
Գիբսի պոտենցիալի [[էքստրեմում|նվազագույն արժեքը]] համապատասխանում է ֆիքսված ջերմաստիճանով, ճնշումով և մասնիկների թվով թերմոդինամիկական համակարգի կայուն հավասարակշռության վիճակին։ |
Գիբսի պոտենցիալի [[էքստրեմում|նվազագույն արժեքը]] համապատասխանում է ֆիքսված ջերմաստիճանով, ճնշումով և մասնիկների թվով թերմոդինամիկական համակարգի կայուն հավասարակշռության վիճակին։ |
||
Գրելով թերմոդինամիկայի [[թերմոդինամիկայի առաջին սկզբունք|առաջին]] և [[թերմոդինամիկայի երկրորդ սկզբունք|երկրորդ]] սկզբունքների ընդհանրացված հավասարումը՝ |
Գրելով թերմոդինամիկայի [[թերմոդինամիկայի առաջին սկզբունք|առաջին]] և [[թերմոդինամիկայի երկրորդ սկզբունք|երկրորդ]] սկզբունքների ընդհանրացված հավասարումը՝ |
||
: <math>T\,dS\geqslant dU+P\,dV,</math> |
: <math>T\,dS\geqslant dU+P\,dV,</math> |
||
<math>P=\mathrm{const},\;T=\mathrm{const}</math> դեպքում կստանանք |
<math>P=\mathrm{const},\;T=\mathrm{const}</math> դեպքում կստանանք |
||
Տող 32. | Տող 32. | ||
=== Կապը քիմիական պոտենցիալի հետ === |
=== Կապը քիմիական պոտենցիալի հետ === |
||
Կիրառելով թերմոդինամիկական պոտենցիալների [[ֆիզիկական մեծություններ#Էքստենսիվ և ինտենսիվ մեծություններ|էքստենսիվության հատկությունը]], կարելի է ցույց տալ, որ մեկ տիպի մասնիկներով համակարգի համար քիմիական պոտենցիալը Գիբսի էներգիայի հարաբերությունն է համակարգում նյութի մոլերի թվին․ |
Կիրառելով թերմոդինամիկական պոտենցիալների [[ֆիզիկական մեծություններ#Էքստենսիվ և ինտենսիվ մեծություններ|էքստենսիվության հատկությունը]], կարելի է ցույց տալ, որ մեկ տիպի մասնիկներով համակարգի համար քիմիական պոտենցիալը Գիբսի էներգիայի հարաբերությունն է համակարգում նյութի մոլերի թվին․ |
||
: <math>\mu=\frac{G}{n}</math>։ |
: <math>\mu=\frac{G}{n}</math>։ |
||
Տող 41. | Տող 41. | ||
արտահայտությանը։ |
արտահայտությանը։ |
||
ՔԻմիական պատենցիալը կիրառվում է փոփոխական թվով մասնիկներից համակարգերի վերլուծության ժամանակ, ինչպես նաև [[փուլային անցումներ]]ն ուսումնասիրելիս։ ԱՅսպես, ելնելով Գիբս-Դյուհեմի առնչությունից և միմյանց հետ փուլերի հավասարակշռության մեջ գտնվող քիմիական պոտենցիալների <math> \mu_1=\mu_2 </math> հավասարության պայմանից, կարելի է ստանալ Կլապեյրոն-Կլաոզիուսի հավասարումը, որը սահմանոմ է երկու փուլերի համագոյակցության գիծը |
ՔԻմիական պատենցիալը կիրառվում է փոփոխական թվով մասնիկներից համակարգերի վերլուծության ժամանակ, ինչպես նաև [[փուլային անցումներ]]ն ուսումնասիրելիս։ ԱՅսպես, ելնելով Գիբս-Դյուհեմի առնչությունից և միմյանց հետ փուլերի հավասարակշռության մեջ գտնվող քիմիական պոտենցիալների <math> \mu_1=\mu_2 </math> հավասարության պայմանից, կարելի է ստանալ Կլապեյրոն-Կլաոզիուսի հավասարումը, որը սահմանոմ է երկու փուլերի համագոյակցության գիծը <math> (p,T) </math> կոորդինատներով<ref>{{Книга|автор=А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко|заглавие=Физическая химия: учебник для хим. спец. вузов|ответственный=|издание=6-е изд.|место=M|издательство=Высшая школа|год=2006|страницы=|страниц=527|isbn=}}</ref>։ |
||
=== Գիբսի էներգիան և քիմիական ռեակցիայի ընթացքի ուղղությունը === |
=== Գիբսի էներգիան և քիմիական ռեակցիայի ընթացքի ուղղությունը === |
||
Քիմիական պրոցեսներում միաժամանակ գործում են երկու հակադիր գործոններ՝ ''[[էնտրոպիա]]յին'' (<math>T\Delta S</math>) և ''[[էնտալպիա]]յին'' (<math>\Delta H</math>)։ Այս հակադիր գործոնների գումարային ազդեցությունը հաստատուն ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում սահմանում է |
Քիմիական պրոցեսներում միաժամանակ գործում են երկու հակադիր գործոններ՝ ''[[էնտրոպիա]]յին'' (<math>T\Delta S</math>) և ''[[էնտալպիա]]յին'' (<math>\Delta H</math>)։ Այս հակադիր գործոնների գումարային ազդեցությունը հաստատուն ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում սահմանում է <math>G</math> Գիբսի էներգիան․ |
||
: <math>\Delta G=\Delta H-T\Delta S</math>։ |
: <math>\Delta G=\Delta H-T\Delta S</math>։ |
||
Այս արտահայտությունից հետևում է, որ |
Այս արտահայտությունից հետևում է, որ <math>\Delta H=\Delta G+T\Delta S</math>, այսինքն՝ որոշ [[ջերմաքանակ]] ծախսվում է էնտրոպիայի մեծացման վրա (<math>T \Delta S</math>)․ էներգիայի այս մասը կորած է օգտակար [[թերմոդինամիկական աշխատանք|աշխատանք]] կատարելու համար (ջերմության տեսքով ցրվում է շրջակա միջավայրում)։ Այն հաճախ կոչվում է [[կապված էներգիա]]։ Ջերմության մնացած մասը (<math>\Delta G</math>) կարող է կիրառվել աշխատանք կատարելու համար, այդ պատճառով Գիբսի էներգիան հաճախ կոչվում է նաև ազատ էներգիա։ |
||
Գիբսի էներգիայի փոփոխության բնույթը թույլ է տալիս դատել պրոցեսի իրականացման սկզբունքային հնարավորության մասին։ <math>\Delta G<0</math> դեպքում պրոցեսը կարող է տեղի ունենալ |
Գիբսի էներգիայի փոփոխության բնույթը թույլ է տալիս դատել պրոցեսի իրականացման սկզբունքային հնարավորության մասին։ <math>\Delta G<0</math> դեպքում պրոցեսը կարող է տեղի ունենալ [[արտածին ռեակցիաներ|ինքնակամ]], <math>\Delta G>0</math> դեպքում պրոցեսը չի կարող ընթանալ․ ոչ ինքնակամ պրոցես (այլ կերպ ասած, եթե Գիբսի էներգիան համակարգի սկզբնական վիճակում ավելի մեծ է, քան վերջնական վիճակում, ապա պրոցեսը սկզբունքորեն կարող է տեղի ունենալ,հակառակ դեպքում չի կարող)։ Իսկ եթե <math>\Delta G=0</math>, ապա համակարգը գտնվում է [[քիմիական հավասարակշռություն|քիմիական հանասարակշռության]] վիճակում։ |
||
Այստեղ խոսքի քիմիական ռեակցիայի ընթանալու ''սկզբունքային'' հնարավորության մասին է։ Իրական պայմաններում ռեակցիան կարող է և չսկսվել <math>\Delta G<0</math> անհավասարության դեպքում ([[քիմիական կինետիկա|կինետիկական]] պատճառներով)։ |
Այստեղ խոսքի քիմիական ռեակցիայի ընթանալու ''սկզբունքային'' հնարավորության մասին է։ Իրական պայմաններում ռեակցիան կարող է և չսկսվել <math>\Delta G<0</math> անհավասարության դեպքում ([[քիմիական կինետիկա|կինետիկական]] պատճառներով)։ |
19:00, 13 հունվարի 2018-ի տարբերակ
Թերմոդինամիկա |
---|
Դասական Կառնոյի ջերմային շարժիչ |
Ճյուղեր |
Գիբսի էներգիա, Գիբսի ազատ էներգիա, Գիբսի պոտենցիալ, թերմոդինամիկական պոտենցիալ, որը ցույց է տալիս էներգիայի փոփոխությունը քիմիական ռեակցիայի ընթացքում․
- ։
Գիբսի էներգիան կարելի է հասկանալ որպես համակարգի լրիվ քիմիական էներգիա։ Գիբսի էներգիայի հասկացությունը լայնորեն կիրառվում է թերմոդինամիկայում և քիմիայում։
Իզոբար-իզոթերմ պրոցեսի ինքնակամ ընթացքը որոշվում է երկու գործոններով․ համակարգի էնտալպիայի նվազմամբ (ΔH) և T ΔS չկարգավորվածության աճով՝ պայմանավորված էնտրոպիայի աճով։ Այս թերմոդինամիկական գործոնների տարբերությունը՝ Գիբսի ազատ էներգիան, համակարգի վիճակի ֆունկցիա է, կոչվում է նաև իզոբար-իզոթերմ պոտենցիալ։
Սահմանում
Գիբսի էներգիայի դասական սահմանումը
արտահայտությունն է, որտեղ -ն ներքին էներգիան է, -ն՝ ճնշումը, -ն՝ ծավալը, -ն՝ բացարձակ ջերմաստիճանը, -ը՝ էնտրոպիան։
Հաստատուն թվով մասնիկներով համակարգի համար Գիբսի էներգիայի դիֆերենցիալը, արտահայտված սեփական փոփոխականներով՝ p ճնշումով և T ջերմաստիճանով, կլինի՝
- ։
Փոփոխական թվով մասնիկներից կազմված համակարգի համար այս դիֆերենցիալը գրվում է որպես
- ,
որտեղ -ն քիմիական պոտենցիալն է, որը կարելի է սահմանել որպես համակարգին մեկ մասնիկ ավելացնելու համար անհրաժեշտ էներգիան։
Կապը համակարգի թերմոդինամիկական կայունության հետ
Գիբսի պոտենցիալի նվազագույն արժեքը համապատասխանում է ֆիքսված ջերմաստիճանով, ճնշումով և մասնիկների թվով թերմոդինամիկական համակարգի կայուն հավասարակշռության վիճակին։
Գրելով թերմոդինամիկայի առաջին և երկրորդ սկզբունքների ընդհանրացված հավասարումը՝
դեպքում կստանանք
- ։
- ։
Այսպիսով՝ հաստատուն ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում համակարգում Գիբսի էներգիան ունի նվազագույն արժեք։
Կիրառությունները քիմիայում
Կապը քիմիական պոտենցիալի հետ
Կիրառելով թերմոդինամիկական պոտենցիալների էքստենսիվության հատկությունը, կարելի է ցույց տալ, որ մեկ տիպի մասնիկներով համակարգի համար քիմիական պոտենցիալը Գիբսի էներգիայի հարաբերությունն է համակարգում նյութի մոլերի թվին․
- ։
Եթե համակարգը կազմված է թվով մասնիկների տիպերից՝ յուրաքանչյուր տիպում մոլերի թվով, ապա Գիբս-Դյուհեմի առնչությունը բերվում է
արտահայտությանը։
ՔԻմիական պատենցիալը կիրառվում է փոփոխական թվով մասնիկներից համակարգերի վերլուծության ժամանակ, ինչպես նաև փուլային անցումներն ուսումնասիրելիս։ ԱՅսպես, ելնելով Գիբս-Դյուհեմի առնչությունից և միմյանց հետ փուլերի հավասարակշռության մեջ գտնվող քիմիական պոտենցիալների հավասարության պայմանից, կարելի է ստանալ Կլապեյրոն-Կլաոզիուսի հավասարումը, որը սահմանոմ է երկու փուլերի համագոյակցության գիծը կոորդինատներով[1]։
Գիբսի էներգիան և քիմիական ռեակցիայի ընթացքի ուղղությունը
Քիմիական պրոցեսներում միաժամանակ գործում են երկու հակադիր գործոններ՝ էնտրոպիային () և էնտալպիային ()։ Այս հակադիր գործոնների գումարային ազդեցությունը հաստատուն ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում սահմանում է Գիբսի էներգիան․
- ։
Այս արտահայտությունից հետևում է, որ , այսինքն՝ որոշ ջերմաքանակ ծախսվում է էնտրոպիայի մեծացման վրա ()․ էներգիայի այս մասը կորած է օգտակար աշխատանք կատարելու համար (ջերմության տեսքով ցրվում է շրջակա միջավայրում)։ Այն հաճախ կոչվում է կապված էներգիա։ Ջերմության մնացած մասը () կարող է կիրառվել աշխատանք կատարելու համար, այդ պատճառով Գիբսի էներգիան հաճախ կոչվում է նաև ազատ էներգիա։
Գիբսի էներգիայի փոփոխության բնույթը թույլ է տալիս դատել պրոցեսի իրականացման սկզբունքային հնարավորության մասին։ դեպքում պրոցեսը կարող է տեղի ունենալ ինքնակամ, դեպքում պրոցեսը չի կարող ընթանալ․ ոչ ինքնակամ պրոցես (այլ կերպ ասած, եթե Գիբսի էներգիան համակարգի սկզբնական վիճակում ավելի մեծ է, քան վերջնական վիճակում, ապա պրոցեսը սկզբունքորեն կարող է տեղի ունենալ,հակառակ դեպքում չի կարող)։ Իսկ եթե , ապա համակարգը գտնվում է քիմիական հանասարակշռության վիճակում։
Այստեղ խոսքի քիմիական ռեակցիայի ընթանալու սկզբունքային հնարավորության մասին է։ Իրական պայմաններում ռեակցիան կարող է և չսկսվել անհավասարության դեպքում (կինետիկական պատճառներով)։
Քիմիական ռեակցիայի ընթացքում Գիբսի ազատ էներգիան նրա հավասարակշռության գործակցին կապող առնչությունը՝
- ,
որտեղ Кр-ը ըստ ճնշման հավասարակշիռ գործակիցն է։
Պատմական տեղեկություններ
Գիբսի էներգիան կոչվել է թերմոդինամիկայի հիմնադիրներից մեկի՝ Ջոզայա Գիբսի անունով։
Ծանոթագրություններ
- ↑ А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко Физическая химия: учебник для хим. спец. вузов. — 6-е изд.. — M: Высшая школа, 2006. — 527 с.
Գրականություն
- Ахметов Н. С. Актуальные вопросы курса неорганической химии. — М.: Просвещение, 1991. — 495 с. — ISBN 5-09-002630-0.
- Базаров И. П. Термодинамика. — М.: Высшая школа, 1991. — 376 с. — ISBN 5-06-000626-3.
- Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Статистическая физика. Часть 1. — Издание 3-е, дополненное. — М.: Наука, 1976. — 584 с. — («Теоретическая физика», том V).