Расчет стандартных изменений свободной энергии

Стандартное изменение свободной энергии для химической реакции, протекающей при стандартных условиях, можно рассчитать одним из трех способов. Первый метод использует уравнение для стандартной дельта G реакции. Рассмотрим образование карбоната кальция из оксида кальция и диоксида углерода.

Стандартное изменение энтальпии реакции можно рассчитать по теплотам образования соединений в реакции, а стандартное изменение энтропии можно рассчитать по их стандартным молярным энтропиям. Используя значения из справочных таблиц, можно определить стандартное изменение энтальпии и стандартное изменение энтропии для реакции. Подставляя эти значения в уравнение для изменения стандартной свободной энергии, стандартная дельта G реакции при 298 Кельвинах равна 130, 7 10 Джоулей.

Во втором методе изменение стандартной свободной энергии реакции рассчитывается как разность между суммой свободных энергий образования продуктов, умноженной на их стехиометрические коэффициенты, и суммой свободных энергий образования исходных веществ, умноженной на их стехиометрические коэффициенты. Возьмем, к примеру, реакцию между газообразным водородом и хлором с образованием двух молей газообразного хлористого водорода. Как и энтальпия образования, стандартная свободная энергия образования чистого элемента равна нулю.

Таким образом, свободная энергия образования газообразных водорода и хлора равна нулю, тогда как энергия образования газообразного хлористого водорода составляет 95, 3 килоджоулей. Таким образом, свободная энергия этой реакции в 2 раза превышает свободную энергию образования газообразного хлористого водорода, или 190, 6 килоджоулей. Вспомните закон Гесса, что для ступенчатой реакции чистое изменение энтальпии может быть вычислено из суммы энтальпий каждой ступени.

Третий метод вычисляет чистое изменение свободной энергии для реакции аналогичным образом. Рассмотрим сжигание сульфида цинка для получения металлического цинка и газообразного диоксида серы, которое можно осуществить в два этапа с известными стандартными значениями свободной энергии. Сложение изменений свободной энергии реакций дает общую дельту G, равную 98, 8 килоджоуля.

Обратите внимание, что шаг 1 не является самопроизвольным. В сочетании с самопроизвольной реакцией на стадии 2 результирующая реакция имеет отрицательную дельта G и, следовательно, является самопроизвольной.