Гиббсова энергия

Гиббсова энергия, энергия Гиббса, изобарный потенциал, одна из характеристических функций термодинамической системы, обозначается G, определяется через энтальпию H, энтропию S и температуру Т равенством

  G = H — TS.     (1)

  Гиббсова энергия является потенциалом термодинамическим. В изотермическом равновесном процессе, происходящем при постоянном давлении, убыль Гиббсовой энергии данной системы равна полной работе, производимой системой в этом процессе, за вычетом работы против внешнего давления (т. е. равна максимальной полезной работе). Гиббсова энергия выражается обычно в кдж/моль или в ккал/моль. С помощью Гиббсовой энергии и её производных могут быть в простой форме выражены др. термодинамические функции и свойства системы (внутренняя энергия, энтальпия, химический потенциал и др.) в условиях постоянства температуры и давления. При этих условиях любой термодинамический процесс может протекать без затраты работы извне только в том направлении, которое отвечает уменьшению G (dG < 0). Пределом протекания его без затраты работы, т. е. условием равновесия, служит достижение минимального значения G (dG = 0, d2G > 0). Гиббсова энергия широко используется при рассмотрении различных термодинамических процессов, проводимых при постоянных температуре и давлении. Через Гиббсову энергию определяется работа обратимого намагничивания магнетика и поляризации диэлектрика в этих условиях. Знание Гиббсовой энергии важно для термодинамического рассмотрения фазовых переходов. Константа равновесия Ка химической реакции при любой температуре Т определяется через стандартное изменение Гиббсовой энергии DG° соотношением

 

  Широко используется Гиббсова энергия  образования химического соединения, равная изменению Гиббсовой энергии в реакции образования данного соединения (или простого вещества) из стандартного состояния соответствующих простых веществ. Для любой химической реакции  равна алгебраической сумме произведений  веществ, участвующих в реакции, на их коэффициенты в уравнении реакции. Для 298,15 К  известны уже для нескольких тысяч веществ, что даёт возможность расчётным путём определять соответствующие значения  и Ка для большого числа реакций.

  Наряду с уравнением (1) Гиббсова энергия может быть определена также через внутреннюю энергию U, гельмгольцеву энергию А и произведение объёма V на давление р на основе равенств

  G = U — TS + pV,     (3)

  G = A + pV,     (4)

  Характеристическую функцию Гиббсовой энергии разные авторы долгое время называли по-разному: свободной энергией, свободной энергией при постоянном давлении, термодинамическим потенциалом, термодинамическим потенциалом Гиббса, изобарно-изотермическим потенциалом, свободной энтальпией и др.; для обозначения этой функции использовались различные символы (Z, F, Ф). Принятые здесь термин «Гиббсова энергия» и символ G отвечают решению 18-го конгресса Международного союза чистой и прикладной химии 1961.

  В. А. Киреев.


ПраймКемикалсГрупп