Свободная энергия Гиббса. Свободная энергия-это часть внутренней энергии,которая мб превращена в работу при данных условиях. Энергетическое состояние любой системы, в том числе и живой системы (организма), можно выразить этими тремя функциями.
Свободная энергия Гиббса является одновременно удобным критерием для определения самопроизвольности или несамопроизвольности процесса.
Принято считать, что изменение свободной энергии A G (то есть энергетическая разность между конечным и начальным состояниями G2 — Gx) в случае самопроизвольного процесса отрицательно. Такие процессы называют экзергоническими (идущими с освобождением энергии). Их для большей ясности можно представить как реакции «спуска с горы». Лишь экзергонические реакции протекают самопроизвольно и могут быть использованы для поставки энергии. Названные реакции способны идти в противоположном направлении только в случае добавления энергии извне. Так можно перекачивать воду вверх, приложив усилие, или химическую реакцию в гальваническом элементе заставить протекать в обратном направлении, если извне приложить дополнительный источник тока. Процессы, идущие «вынужденно», при условии снабжения энергией извне, называют эндергоническими (идущими с потреблением энергии). Каждому экзергоническому процессу теоретически соответствует обратный эндергонический. Эндергонические процессы идут с увеличением свободной энергии. Значение A G такой реакции имеет положительный знак. В состоянии равновесия изменения свободной энергии не происходит: A G = 0.
Расчет изменения свободной энергии ведется аналогично экономическим расчетам: приход считается положительным, расход — отрицательным, взятие денег со счета может влечь за собой приобретение чего-либо.
Из всего вышесказанного делается очевидной энергетическая зависимость биологических процессов. Биосинтетические (анаболические) реакции обмена веществ являются эндергоническими (требуют затрат энергии).
Изменение энергии Гиббса как термодинамический критерий возможности самопроизвольного протекания реакции Реальные процессы проводятся, как правило, в закрытых системах в изобарно-изотермических (р,Т=соnst)
или изохорно-изотермических (V, Т= соnst) условиях. Критерием направленности самопроизвольного процесса в этих случаях является знак изменения энергии Гиббса dG или энергии Гельмгольца dА в системе.
Энергия Гиббса G = Н –ТS = U + рV –ТS.
Энергия Гельмгольца А = U – ТS, при этом G = f(р,Т); А = f(V,Т).
Уравнения также можно представить в виде: Н = G +ТS; U = А + ТS. Где величина ТS характеризует связанную с частицами системы энергию, т.е. ту часть полной энергии системы, которая рассеивается в окружающей среде в виде теплоты (так называемая потерянная работа).
Энергия Гиббса (или энергия Гельмгольца) характеризуют ту часть полной энергии системы, которая может быть превращена в работу в изобарно-изотермическом (или в изохорно-изотермическом) процессе (так называемая полезная работа, совершаемая системой). Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца являются функциями состояния системы, их абсолютные значения не поддаются вычислению.
В закрытой системе знак изменения энергии Гиббса является критерием направленности самопроизвольного процесса при проведении его в изобарно-изотермических условиях:
- при dG = 0 (G=Gmin, энергия Гиббса имеет минимальное значение) система находится в состоянии термодинамического равновесия;
- при dG < 0 (Ga Gmin, энергия Гиббса убывает) процесс самопроизвольно протекает в прямом направлении, т.е. термодинамически возможен;
- при dG > 0 (Ga Gmin, энергия Гиббса возрастает) самопроизвольно протекает только обратный процесс, прямой процесс термодинамически невозможен.
Стандартную энергию Гиббса химической реакции при Т = 298К можно рассчитать двумя способами: используя уравнение Гиббса-Гельмгольца: drGТ0 = dr НТ0 - ТdrSТ0, в которое нужно подставить указанное значение Т, и по стандартным энергиям Гиббса образования исходных веществ и продуктов реакции
При расчете необходимо учитывать, что единицей измерения энтальпии является килоджоуль, а энтропии Дж\К.
Энергия Гиббса является функцией состояния системы, поэтому ее можно рассчитать с использованием табличных значений стандартных энергий Гиббса образования исходных веществ и продуктов реакции
Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 71 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |