Entalpia swobodna reakcji

Entalpia swobodna reakcji (${\displaystyle \Delta g}$ lub ${\displaystyle \Delta G}$^[a]) – funkcja termodynamiczna reakcji chemicznych, zmiana entalpii swobodnej (energii swobodnej Gibbsa; ${\displaystyle g}$) układu spowodowana przebiegiem reakcji chemicznej pod stałym ciśnieniem i w stałej temperaturze, odniesiona do liczby postępu reakcji równej jeden. W reakcjach izobaryczno-izotermicznych jest równa ujemnej wartości powinowactwa chemicznego^[2][3].

Podstawą definicji funkcji termodynamicznych reakcji chemicznych, w tym entalpii swobodnej reakcji, jest pojęcie liczby postępu reakcji (λ), zdefiniowane przez Théophila de Dondera w 1920 roku jako^[2]:

${\displaystyle \lambda ={\frac {n_{zi}}{\nu _{i}}}.}$

Wartość ${\displaystyle \lambda =1,}$ gdy liczby moli ${\displaystyle (n_{zi})}$ powstałych produktów oraz liczby moli zużytych substratów są równe odpowiednim współczynnikom stechiometrycznym ${\displaystyle (\nu _{i})}$ w równaniu reakcji.

Entalpią swobodną reakcji chemicznej jest pochodna cząstkowa entalpii swobodnej układu, czyli funkcji ${\displaystyle g=f(p,T,\lambda ),}$ obliczona dla warunków izotermiczno-izobarycznych względem liczby postępu reakcji:

${\displaystyle \Delta g_{p,T}=\left({\frac {\partial g}{\partial \lambda }}\right)_{p,T}.}$

Entalpię swobodną reakcji wyraża się również poprzez wielkości molowych entalpii swobodnych poszczególnych reagentów, zdefiniowanych jako:

${\displaystyle G_{i}=\left({\frac {\partial g}{\partial n_{i}}}\right)_{p,T,n_{j}\neq i}.}$

Entalpia swobodna układu termodynamicznego złożonego z ${\displaystyle k}$ składników wynosi:

${\displaystyle g=\sum n_{i}G_{i}=f(T,p,n_{1},n_{2},n_{3},\dots ,n_{k}).}$

Entalpia swobodna reakcji chemicznej jest różnicą między sumą iloczynów ${\displaystyle \sum n_{i}G_{i}}$ dla jej produktów i dla substratów^[2][3]:

${\displaystyle \Delta g=\sum {n_{i,prod}G_{i,prod}}-\sum {n_{i,subs}G_{i,subs}},}$

co jest też wyrażane z użyciem pojęcia potencjałów chemicznych składników układu ${\displaystyle (\mu _{i}){:}}$

${\displaystyle \Delta g=\sum {n_{i,prod}d\mu _{i,prod}}-\sum {n_{i,subs}d\mu _{i,subs}}.}$

Potencjał chemiczny jest funkcją aktywności składnika w mieszaninie reagentów:

${\displaystyle \mu _{i}=\mu _{0i}+RT\ln a_{i}.}$

Zależność jest podstawą definicji stałej równowagi reakcji chemicznej oraz równań opisujących związek stałej równowagi z energetycznymi efektami reakcji (izoterma reakcji, izobara van ’t Hoffa, izochora van ’t Hoffa).

Zobacz też

• entalpia swobodna
• energia swobodna reakcji
• entalpia reakcji
• entropia reakcji
• powinowactwo chemiczne
• równanie van ’t Hoffa (stała równowagi)

Uwagi

Przypisy