Максимальная работа при постоянном давлении равна

А = -DH + TDS (16)

или

А = -(H₂ – H₁) + T(S₂ – S₁) = -[(H₂ – TS₂) – (H₁ – TS₁)] (17)

где H₁, S₁ и H₂, S₂ – величина энтальпии и энтропии системы в исходном и конечном состояниях соответственно.

Разность (H – TS) называют энергией Гиббса системы и обо­значают буквой G. Таким образом,

А = -DG. (18)

Энергия Гиббса химической реакции.Энергия Гиббса G (изобарно-изотермический потенциал) термодинамическая функция состояния системы (кДж/моль). Изменение энергии Гиббса в системе при протекании химической реакции DG называют энергией Гиббса химической реакции. Согласно уравнениям (16) и (18),

DG = DH - TDS, (19)

где DG,DH и DS – изменение соответствующих термодинамиче­ских функций в ходе реакции, протекающей при р = const и тем­пературе Т.

Данную формулу целесообразно использовать при условиях отличных от стандартных.

Исходя из (19), энергия Гиббса химической реакции ха­рактеризует направление и предел самопроизвольного протека­ния реакции в условиях постоянства температуры и давления.

Энергия Гиббса химической реакции DG, являясь изменением термодинамической функции состояния системы, равна сумме энергий Гиббса образования продуктов реакции за вычетом суммы энергий Гиббса образования исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции.

DG_х.р. = S DG_обр. (прод. р-ции) - S DG_обр (исх. в-в.) (20)

Стандартная энергия Гиббса химической реакции DG равна разности сумм стандартных энергий Гиббса образования DG _{, обр} продуктов ре­акции и исходных веществ с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции.

Стандартной энергией Гиббса образова­ния химического соединения DG _{, обр} называют энергию Гиббса реакции образования одного моля этого соеди­нения, находящегося в стандартном состоянии, из соответствующих простых веществ, также нахо­дящихся в стандартных состояниях и термодинамически устойчивых при данной температуре фазах и моди­фикациях (таблица А.1).

Стандартные энергии Гиббса об­разования простых веществ прини­мают равными нулю, если их агре­гатные состояния и модификации устойчивы при стандартных условиях.

Энергия Гельмгольца химической реакции.Энергия Гельм­гольца также является термодинамической функцией состояния системы (кДж/моль). Изменение энергии Гельмгольца в системе при протекании реакции называют энергией Гельмгольца химиче­ской реакции. Согласно (15) и (17),

DF = DU -TDS (21)

где DF, DU и DS – изменение соответствующих термодинамиче­ских функций в ходе реакции, протекающей при V= const и тем­пературе Т.

Величина DF характеризует направ­ление и предел самопроизвольного течения реакций в изохорно-изотермических условиях.

На рисунке 1 приведены соотношения между основными тер­модинамическими функциями состояния системы.

Рисунок 1 – Соотношение важнейших термодинамических функций.

Направление и пределы самопроизвольного течения химиче­ских реакций.В соответствии с (15) и (18) положительной максимальной работе А или А отвечают отрицательные зна­чения энергии Гельмгольца DF и энергии Гиббса DG химических реакций. Иными словами, при постоянных температуре и давле­нии (изобарно-изотермические условия) реакция протекает самопроизвольно в том направлении, которому отвечает убыль энергии Гиббса системы. Поэ­тому условием самопроизвольного течения химической реакции при заданных р и Т является неравенство

DG<0. (22)

При постоянных температуре и объеме реакция протекает самопроизвольно в том направлении, которому отвечает убыль энергии Гельмгольца системы. Поэтому условием самопроизвольного течения химической реакции при заданных V и Т является неравенство

DF<0. (23)

Итак, любая реакция при постоянных температуре и давлении протекает самопроизвольно в направлении убыли энергии Гиббса.