Obliczanie standardowych zmian energii swobodnej

Standardową zmianę energii swobodnej dla reakcji chemicznej zachodzącej w warunkach standardowych można obliczyć na jeden z trzech sposobów.

Pierwsza metoda wykorzystuje równanie dla wzorca ΔG reakcji. Rozważ tworzenie węglanu wapnia z tlenku wapnia i dwutlenku węgla.

Standardową zmianę entalpii reakcji można obliczyć na podstawie ciepła tworzenia związków w reakcji, a standardową zmianę entropii można obliczyć na podstawie ich standardowych entropii molowych.

Korzystając z wartości z tabel odniesienia, można określić zmianę entalpii wzorcowej i zmianę entropii standardowej dla reakcji.

Podstawiając te wartości do równania na zmianę standardowej energii swobodnej, norma ΔG reakcji w temperaturze 298 K wynosi −130,7 × 10³ J.

W drugiej metodzie zmianę standardowej energii swobodnej reakcji oblicza się z różnicy między sumą swobodnych energii powstawania produktów pomnożoną przez ich współczynniki stechiometryczne a sumą swobodnych energii powstawania reagentów pomnożoną przez ich współczynniki stechiometryczne.

Weźmy na przykład reakcję między wodorem a chlorem gazowym, w wyniku której powstają dwa mole gazowego chlorowodoru.

Podobnie jak entalpia powstawania, standardowa energia swobodna powstawania czystego pierwiastka wynosi zero.

Zatem swobodne energie powstawania wodoru i chloru gazowego wynoszą zero, podczas gdy energia gazowego chlorowodoru wynosi −95,3 kilodżuli.

Tak więc energia swobodna tej reakcji jest równa 2 razy energii swobodnej tworzenia gazowego chlorowodoru, czyli −190,6 kilodżuli.

Przypomnijmy sobie prawo Hessa, że dla reakcji krokowej zmianę entalpii netto można obliczyć z sumy entalpii każdego kroku. Trzecia metoda oblicza zmianę energii swobodnej netto dla reakcji w podobny sposób.

Rozważ spalanie siarczku w celu wytworzenia metalicznego i gazowego dwutlenku siarki, które można przeprowadzić w dwóch etapach przy znanych standardowych wolnych energiach.

Dodanie zmian energii swobodnej reakcji daje całkowite ΔG wynoszące −98,8 kilodżuli.

Należy pamiętać, że krok 1 nie jest spontaniczny. Łącząc go z reakcją spontaniczną w kroku 2, reakcja netto ma ujemne ΔG, a zatem jest spontaniczna.