Энергия Гиббса реакции с поправкой на теплоёмкость

Какие исходные величины потребуются

Укажите «Энтальпия реакции при 298,15 К (кДж/моль)», «Энтропия реакции при 298,15 К (Дж/(моль·К))», «Разность теплоёмкостей (Дж/(моль·К))». Это основные параметры выбранной постановки: они описывают исходное состояние, состав либо положение равновесия. Для контрольного набора указаны следующие числа: Энтальпия реакции при 298,15 К (кДж/моль): -25 кДж/моль; Энтропия реакции при 298,15 К (Дж/(моль·К)): -55 Дж/(моль·К); Разность теплоёмкостей (Дж/(моль·К)): 12 Дж/(моль·К). Их можно заменить значениями из химического анализа, измерения потенциала или справочных таблиц. Величины должны соответствовать одному состоянию системы, а не быть собраны из опытов при разных температурах без поправок.

Остальные входные величины: «Расчётная температура (К)». В этой модели их роль не декоративная: они участвуют в вычислении энергетических изменений, долей или вещества, доступного для превращения. Если входы задают константы, необходимо помнить о стандартном состоянии; если задают концентрации, нельзя подменять молярную концентрацию массовой долей. Особенно опасно использовать константу, рассчитанную для другой температуры или другой ионной силы. В частности, здесь проверяются входные данные: Энтальпия реакции при 298,15 К (кДж/моль), Энтропия реакции при 298,15 К (Дж/(моль·К)).

Уравнения и контроль материального баланса

Основное уравнение записывается так: ΔH(T)=ΔH₀+ΔCp(T−T₀); ΔS(T)=ΔS₀+ΔCp ln(T/T₀); ΔG=ΔH−TΔS. Для задач со степенью реакции количества компонентов меняются в соответствии со стехиометрическими коэффициентами. Для задач с активностями важно отдельно определить, какой вид частного реакции используют в расчёте. Если константа близка к нулю или чрезвычайно велика, чувствительность к округлению может резко возрастать; поэтому вычисления выполняются без предварительного округления вводимых чисел.

С указанными по умолчанию параметрами получается «ΔH°, кДж/моль»: -24.2578; также вычисляется «ΔG°, кДж/моль»: -5.27215. Остальные числовые показатели показывают связанный состав или энергетическую характеристику и помогают обнаружить несоответствие размерностей. При проверке сложных выражений полезно подставить результаты обратно в исходное уравнение и удостовериться, что сумма компонентов не изменилась там, где она должна сохраняться.

Что меняется при другой загрузке или температуре

Для сравнения двух расчётов измените поле «Энтальпия реакции при 298,15 К (кДж/моль)»: в дополнительном примере исходное значение -25 заменяется на -22.5. Тогда показатель «ΔH°, кДж/моль» становится равным -21.7578. Такой способ позволяет увидеть влияние одного параметра, удерживая прочие неизменными. Однако в реальной лаборатории некоторые условия связаны: например, измеренная константа и температура не всегда могут изменяться независимо друг от друга.

Разность теплоёмкостей меняет одновременно тепловой и энтропийный вклады. Поэтому простая подстановка температуры в выражение при 298 К способна дать неверную оценку равновесия. При интерпретации сравните относительные доли компонентов и знак рассчитанной свободной энергии, когда он присутствует среди результатов. Положительная энергия при заданном составе не означает невозможность обратной реакции; отрицательная энергия не означает мгновенное превращение. Если наблюдения не совпадают с вычислениями, сначала проверьте температуру и концентрационную основу расчёта, затем — наличие побочных реакций и неидеальности раствора или газа.

Границы модели и проверка результата

Основное допущение для этой задачи: ΔCp считается постоянной на всём температурном интервале. K безразмерна при согласованных стандартных состояниях. Модель следует рассматривать как математическое описание определённого химического равновесия. Она не учитывает любые возможные соединения, потери при пробоподготовке или произвольные поправки к активности, которых нет среди входных данных. Для сложных растворов, больших давлений и смесей с несколькими фазами может потребоваться специализированная термодинамическая модель.

Перед применением вычисленных величин запишите источник исходной константы и экспериментальные условия. Проверьте выбранные единицы, химическую стехиометрию, состав до и после превращения, а также совпадение стандартных состояний. Если результат используется для технологического оборудования, сравните его с экспериментальной точкой и независимым расчётом. Программа показывает, что следует из введённой модели, но сама по себе не подтверждает безопасность режима или корректность химических данных. Для задачи «Энергия Гиббса реакции с поправкой на теплоёмкость» дополнительно сверьте: ΔH(T)=ΔH₀+ΔCp(T−T₀); ΔS(T)=ΔS₀+ΔCp ln(T/T₀); ΔG=ΔH−TΔS.

Формула расчёта

Проверенные примеры

Как пользоваться онлайн-калькулятором

1. Укажите «Энтальпия реакции при 298,15 К» (кДж/моль), от -200 до 200.
2. Укажите «Энтропия реакции при 298,15 К» (Дж/(моль·К)), от -400 до 400.
3. Укажите «Разность теплоёмкостей» (Дж/(моль·К)), от -200 до 200.
4. Укажите «Расчётная температура» (К), от 250 до 2000.
5. Сопоставьте результаты с физическими ограничениями и условием применимости.