MolDraw › Химические инструменты › Калькулятор энергии Гиббса

Калькулятор энергии Гиббса (ΔG = ΔH − TΔS)

Кратко: калькулятор энергии Гиббса: решите ΔG = ΔH − TΔS относительно ΔG, ΔH, T или ΔS, найдите температуру перехода, пересчитайте ΔG° в K и обратно и скорректируйте ΔG для нестандартных условий. Он бесплатный, работает в браузере и не требует загрузки.

Введите любые три из ΔG, ΔH, T и ΔS, чтобы найти четвёртую. ΔS можно указать в J или kJ, а T — в °C или K. Результат показывает, самопроизволен ли процесс, какой из четырёх случаев знаков применим и температуру перехода. Другие вкладки переводят ΔG° в K (в экспоненциальной записи даже для огромных значений) и применяют ΔG = ΔG° + RT ln Q.

Быстрый ответ: ΔG = ΔH − TΔS. Синтез аммиака: ΔH° = −92,2 kJ/mol, ΔS° = −198,7 J/(mol·K), поэтому ΔG° = −92,2 − 298,15 × (−0,1987) = −33,0 kJ/mol и K = 6,0 × 10⁵. Выше 464 K реакция перестаёт быть самопроизвольной.

Заполните три значения и оставьте искомое пустым.

Формулы энергии Гиббса

ΔG = ΔH − TΔS температура перехода (ΔG = 0): T = ΔH / ΔS ΔG° = −RT ln K = −2.303RT log K K = e^(−ΔG°/RT) ΔG = ΔG° + RT ln Q

R = 8,314 J mol⁻¹ K⁻¹, T — в кельвинах. ΔH и ΔG обычно выражают в kJ/mol, а ΔS — в J/(mol·K), поэтому перед объединением разделите ΔS на 1000. ΔG < 0 означает, что процесс самопроизволен при данной температуре. О скорости процесса это ничего не говорит.

Самопроизвольность: четыре случая знаков

ΔHΔSΔG = ΔH − TΔSСамопроизвольно?Пример
− (экзотермическая)+Всегда отрицательноПри любых температурах2H₂O₂ → 2H₂O + O₂
+ (эндотермическая)−Всегда положительноНикогда (самопроизвольна обратная)3O₂ → 2O₃
−−Отрицательно при низких TНиже T = ΔH/ΔSN₂ + 3H₂ → 2NH₃; замерзание воды
++Отрицательно при высоких TВыше T = ΔH/ΔSCaCO₃ → CaO + CO₂; плавление льда

ΔG° и K при 298,15 K

ΔG° (kJ/mol)K
−1003.3 × 10¹⁷
−505.8 × 10⁸
−203.2 × 10³
−1056.5
−57.52
01
+50.133
+100.0177
+203.1 × 10⁻⁴
+501.7 × 10⁻⁹
+1003.0 × 10⁻¹⁸

При 25 °C каждые 5,71 kJ/mol ΔG° меняют K в 10 раз.

Разобранные примеры

Синтез аммиака при 25 °C

N₂ + 3H₂ → 2NH₃: ΔH° = −92,2 kJ/mol, ΔS° = −198,7 J/(mol·K).

ΔG° = −92.2 − 298.15 × (−0.1987) = −92.2 + 59.2

ΔG° = −33,0 kJ/mol (самопроизвольно)

Выше какой температуры образование NH₃ несамопроизвольно?

И ΔH, и ΔS отрицательны, поэтому процесс самопроизволен только ниже T = ΔH/ΔS.

T = −92 200 / −198.7

T = 464 K (191 °C)

Разложение известняка (в стиле NEET)

CaCO₃ → CaO + CO₂: ΔH° = +178,3 kJ/mol, ΔS° = +160,5 J/(mol·K).

T = 178 300 / 160.5

Самопроизвольно выше 1111 K (838 °C)

K по ΔG°

ΔG° = −33,0 kJ/mol при 298,15 K.

ln K = 33 000 / (8.314 × 298.15) = 13.31

K = 6,0 × 10⁵

ΔG° по Ka (в стиле JEE)

Уксусная кислота: Ka = 1,8 × 10⁻⁵ при 25 °C.

ΔG° = −8.314 × 298.15 × ln(1.8 × 10⁻⁵) = −2479 × (−10.93)

ΔG° = +27,1 kJ/mol

Нестандартные условия

ΔG° = −33,0 kJ/mol и Q = 100 при 298,15 K.

ΔG = −33.0 + 8.314 × 298.15 × ln 100 / 1000 = −33.0 + 11.4

ΔG = −21,6 kJ/mol (по-прежнему в прямом направлении)

Единицы и типичные ошибки

Нужно нарисовать энергетические диаграммы или реакции? Рисуйте реакции, механизмы и лабораторные установки в MolDraw — бесплатном онлайн-редакторе химических структур.

Открыть редактор MolDraw

Часто задаваемые вопросы

Как рассчитать энергию Гиббса?

Используйте ΔG = ΔH − TΔS с T в кельвинах и ΔS, переведённой в kJ/(mol·K). Для синтеза аммиака (процесс Габера) при 298,15 K: ΔG° = −92,2 − 298,15 × (−0,1987) = −33,0 kJ/mol.

Что означает отрицательное ΔG?

Процесс самопроизволен (термодинамически выгоден) в прямом направлении при этих условиях. Положительное ΔG означает, что выгодно обратное направление. ΔG = 0 означает равновесие.

Как найти температуру, при которой реакция становится самопроизвольной?

Приравняйте ΔG = 0: T = ΔH/ΔS. Такая температура перехода существует, только если ΔH и ΔS одного знака. Для разложения CaCO₃ T = 178 300 / 160,5 = 1111 K.

Как связаны ΔG° и константа равновесия?

ΔG° = −RT ln K. Отрицательное ΔG° даёт K больше 1 (преобладают продукты); положительное ΔG° даёт K меньше 1. При 25 °C каждые 5,71 kJ/mol меняют K в десять раз.

Чем ΔG отличается от ΔG°?

ΔG° — изменение энергии Гиббса, когда все вещества в стандартном состоянии. ΔG относится к реальной смеси: ΔG = ΔG° + RT ln Q. По мере протекания реакции Q приближается к K, а ΔG — к нулю.

Зачем делить ΔS на 1000?

Энтропию обычно приводят в таблицах в J/(mol·K), а энтальпию — в kJ/mol. Деление ΔS на 1000 переводит оба слагаемых в kJ/mol, чтобы их можно было вычитать.

Другие химические инструменты

Последнее обновление: