gibbs 자유 에너지는 일정한 온도와 압력에서 시스템에 의해 수행 된 작업의 양을 계산하는 데 사용되는 열역학적 전위입니다. 이 최대 작업량은 완전히 가역적 인 프로세스에서만 수행 할 수 있습니다. 이 에너지의 변화는 공정 중에 방출 된 열과 동일한 공정에서 방출 된 열 사이의 차이입니다. 이 깁스 자유 에너지 변화는 평형을 얻을 때 0이됩니다. 자발적인 반응이 발생하면이 에너지는 부정적이되고 자발적이지 않으면이 에너지는 긍정적입니다.
깁스 자유 에너지와 평형 상수의 관계
전방 반응과 후진 반응의 속도는 평형에서 동일 해집니다. 평형 반응물 및 생성물의 자유 에너지가 동일하기 때문에 각 방향의 구동력은 동일합니다 (∆G =0).
평형에서 반응 지수는 q =keq입니다.
따라서이 두 방정식에서 평형 ∆G에 도달 한 반응은
입니다.
∆G =∆G ° + rtlnq
0 =∆G ° + rtlnq
∆G ° =-rtlnq
이 방정식은 평형 상수에서 ∆G를 찾는 데 사용될 수 있으며 그 반대도 마찬가지입니다. ∆G 또는 KEQ를 알면 반응물과 생성물이 평형에서 선호되는지 여부를 결정하는 데 도움이됩니다.
깁스 자유 에너지 문제 질문
평형 상수의 값이 주어지고 그 반대의 경우 깁스 자유 에너지 문제를 해결할 수 있습니다.
질문 :
암모니아의 표준 형성 에너지 (∆GF)는 -16.6 kJ/mol이라고 생각하십시오. 다음 반응에 대해 25 ° C (298 K)에서 평형 상수의 값을 결정하십시오.
n2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g)
솔루션 :
우리는 ∆GF의 값을 알고 있으므로 주어진 방정식에서 ∆G의 값을 계산할 수 있습니다.
Δg ° rxn =σnΔg ° f (제품)-σnΔg ° F (반응물)
및 질소와 수소는 모두 원소 상태에 있기 때문에 둘 다에 대해 ∆GF가 0입니다.
ΔG ° rxn =σnΔg ° F (제품)-σnΔg ° F (반응물)
Δg ° rxn =2 (-16.6 kj/mol)-[(0 kj/mol) + 3 (0 kj/mol)]
Δg ° rxn =-33.2 kj/mol
∆G를 해결 한 후 keq Δg ° =-rt ln keq
를 해결하십시오.
ΔG∘ =-rt ln keq
ln keq =− δg∘rt
keq =e-Δg∘rt
값을 방정식으로 대체하기 전에 r =8.314 J/k mol을 사용하고 있음을 기억하십시오.
따라서 ∆G =-33.2 kj/ mol을 ∆G =-33,200 j/ mol로 변환해야합니다.
그런 다음 keq
를 계산하십시오
keq =e-Δg∘rt
keq =e-33,200 j/mol (8.314 j/k⋅mol) (298 k)
keq =e13.4
keq =6.6 × 105
keq는 25 ° C에서 제품이 크게 선호됨을 나타냅니다.
질문 :
주어진 반응의 평형 상수는 25 ° C에서 16 x 10-12입니다.
agcl (s) ⇄ ag + (aq) + cl- (aq)
계산 ∆G °
솔루션 :
주어진 값을 ∆G °
방정식에서 대체합니다.
ΔG∘ =-rt ln keq
ΔG∘ =-(8.314 J/K⋅Mol) (298 K) LN (1.6 × 10-10)
ΔG∘ =−55,884 J/mol
∆G °가 크기 때문에 생성물에 대한 반응물의 형성을 선호합니다.
gibbs free Energy and EMF
역 경로에서 갈바니 셀을 통해 충전을 전달하면 최대 양의 작업이 수행됩니다. 갈바닉 세포에 의해 수행 된 가역적 작업의 양은 반응에서 깁스 자유 에너지의 감소를 담당합니다.
작업 완료는
입니다
w =nfe (셀)
w는 작업 완료를 나타냅니다
nf는 통과 된 총 전하를 나타내고;
e (셀) =셀의 emf
Δr g =-w
Δr g =-nfe (셀)
이 방정식은 표준 셀 전위를 계산하는 데 사용됩니다.
Δr g ° =-nfe ° (셀)
이 반응은 깁스의 자유 에너지를 나타내는 반응의 광범위한 열역학적 특성으로 알려져 있으며, 이는 값이 n에 의존한다는 것을 나타내는 광범위한 열역학적 특성으로 알려져 있습니다.
깁스 자유 에너지 문제 깁스 자유 에너지와 EMF의 관계에 대한 질문
이러한 깁스 자유 에너지 문제를 해결하여 깁스 자유 에너지 문제의 의미를 찾을 수 있습니다.
질문 :
주어진 셀의 298k에서 세포 반응의 EMF와 ∆G를 결정하십시오.
mg (s) a mg2+ (0.01m) || Ag+(0.0001m) | Ag (s)
주어진 :[e ° mg2+ /mg =-2.37v,
e ° ag+/ag =+0.80v]
솔루션 :
에서 :mg → mg2 + + 2e
에서 음극 :. [AG + + E → AG] × 2
____________________________
mg+2Ag+→ mg2 ++ 2Ag; n =2
e cell =e cathode-eanode
=e ag+ /ag-e mg 2+ /mg
=0.80V-(-2.37V) =3.17V
nernst 방정식의 값 위의 대체
ecell =e ° 셀-0.059/ n log mg2+/ [ag+] 2
우리는
ecell =3.17- 0.059/2 log 10-2/(10-4) 2
ecell =3.17-0.0295 log 106
ecell =3.17- 0.117 V =2.993 V
이제 아래 방정식에서 Ecell의 값을 대체합니다
∆G =-nfecell
=2 × 96500c mol − 1 × 2.993v
ΔG =-577649 JMol-1
=−577.649 kjmol-1
결론
gibbs 자유 에너지는 시스템의 온도와 압력이 일정하면 열역학적 시스템에 의해 수행 된 최대 작업을 측정하는 데 사용됩니다. 이 최대 작업량은 가역적 프로세스를 따르는 경우에만 수행 할 수 있습니다. Gibbs 자유 에너지의 SI 단위는 줄무늬입니다. 우리는이 방정식과 해당 솔루션에서 깁스 자유 에너지 문제를 언급했습니다.
