Loading...
 
Chemia ogólna
Pod redakcją:Halina Krawiec
Autorzy/Autorki:Zbigniew Szklarz, Alicja Łukaszczyk, Bartosz Grysakowski, Maria Starowicz, Dominika Święch, Halina Krawiec, Edyta Proniewicz
Afiliacja autorów:AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlewnictwa
Wydawca:Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie
Data publikacji:2018
Recenzja: dr hab. Grzegorz Sulka, prof. UJ
dr hab. Lidia Adamczyk
ISBN:978-83-952566-4-6

Chemia ogólna
Rozdział 3. Klasyfikacja chemicznych związków nieorganicznych i ich nomenklatura
Energia swobodna

Kryterium samorzutności procesów wyrażone równaniem \( \Delta S_{ukł.} + \Delta S_{otocz.} > 0 \) zawiera człon odnoszący się do otoczenia, który nie zawsze można ściśle określić. Dlatego wygodnie jest wprowadzić dwie inne funkcje termodynamiczne związane z entropią: energię swobodną Helmholtza \( F \) i energię swobodną Gibbsa \( G \) (entalpię swobodną) układu.

Energię swobodną (Helmholtza) stosuje się jako kryterium procesów samorzutnych zachodzących w warunkach izotermiczno-izochorycznych ( \( T = const, V = const \)). Energia swobodna jest zdefiniowana równaniem:

\( F=U - TS \)

\( U \) - energia wewnętrzna układu,
\( T \) - temperatura bezwzględna układu,
\( S \) - entropia układu.

Wynika stąd, że jest ekstensywną funkcją stanu układu (zależną od masy ciała).
Zmiana energii swobodnej \( \Delta F \), jaka nastąpi w wyniku przejścia układu od stanu 1 do stanu 2 wynosi:

\( \Delta F=F_{2} - F_{1} = (U_{2} - T_{2}S_{2}) - (U_{1} - T_{1}S_{1}) = \Delta U - (T_{2}S_{2} - T_{1}S_{1}) \)


Po uwzględnieniu, że przemiana zachodzi w stałej temperaturze ( \( T_{1} = T_{2} \)), zmiana ta jest dana zależnością:

\( \Delta F= \Delta U - T \Delta S \)

Samorzutnie mogą przebiegać tylko takie procesy izotermiczno-izochoryczne, które powodują zmniejszenie energii swobodnej układu ( \( \Delta F < 0 \)). Układ osiąga stan równowagi wówczas, gdy jego energia swobodna jest najmniejsza w danych warunkach.

Energia swobodna (Gibbsa) określana również jako entalpia swobodna, znajduje zastosowanie w badaniach procesów izotermiczno-izobarycznych ( \( T = const, p = const \)). Tę kolejną ekstensywną funkcję stanu definiuje się zależnością:

\( G =H - TS \)

\( H \) - entalpia.

Zmiana entalpii swobodnej \( \Delta G \), jaka nastąpi w czasie przemiany zachodzącej w stałej temperaturze, wynosi:

\( \Delta G =\Delta H - T\Delta S \)

Procesom samorzutnym w warunkach izotermiczno-izobarycznych towarzyszy zmniejszanie się wartości funkcji \( G \) ( \( \Delta G < 0 \)), przy czym w stanie równowagi osiąga ona swoje minimum.
Entalpia swobodna ma duże znaczenie praktyczne, gdyż większość procesów z udziałem faz skondensowanych przebiega pod stałym ciśnieniem (niewielkie zmiany ciśnienia atmosferycznego zwykle się pomija). Należy jednak zauważyć, że w przypadku procesów zachodzących w ciałach stałych zmiany objętości układu są bardzo małe i wyrażenie \( p\Delta V \) w równaniu \( \Delta H = H_{2} - H_{1} = \Delta U +p\Delta V \) nie jest uwzględniane – bez popełnienia większego błędu. Można zatem przyjąć \( \Delta H \approx \Delta U \) i na podstawie zależności (4) oraz (5) stwierdzić, że w tym przypadku nie ma potrzeby rozróżniania entalpii swobodnej i energii swobodnej ( \( \Delta G \approx \Delta F \)).

Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3], [4].

Bibliografia

1. J. Kozaczka: Podstawy termodynamiki, Taurus-K, Kraków 1997
2. A. Stokłosa: Podstawy termodynamiki fenomenologicznej i statystycznej dla chemików : podręcznik dla studentów wyższych szkół technicznych, Politechnika Krakowska, Kraków 1999
3. G. Barrow: Chemia fizyczna, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1973
4. J. Sieniawski, A. Cyunczyk: Struktura ciał stałych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2008
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.