Смысл и использование энергии Гиббса

1. а) По знаку ΔG изотермо-изобарные процессы подразделяются на три группы:

- экзергонические — ΔG < 0, могут идти самопроизвольно;

- обратимые — ΔG = 0, занимают пограничное положение;

- эндергонические — ΔG > 0, сами проходить не могут.

б) Эти термины не надо путать с понятиями экзо- и эндотермичности(п. 2.3), указывающими на знак теплоты процесса.

в) Функция G называется энергией, так как определяет работоспособность соответствующего процесса. А именно, ΔG численно равно максимальной полезной работе, которая могла бы быть совершена в ходе изотермо-изобарного процесса.Это подтверждают следующие выкладки.

2. а) Согласно п. 3.6, в общем случае работа системы в микропроцессе опреде­ляется дифференциальным неравенством

При постоянной температуре его можно переписать для конечных прира­щений:

б) Представим левую часть в виде суммы работы расширения и любой другой работы, обозначаемой как полезная:

В правой же части выразим ΔE через ΔG:

откуда

в) Подстановка обоих выражений в неравенство (4.10) дает:

или

Это и означает, что абсолютное (положительное) значение полезной рабо­ты, совершаемой за счет процесса, не больше ΔG (также взятого со знаком плюс).

г) Например, если ΔG₀ = –200 кДж/моль, то и работу за счет процесса можно совершить не более 200 кДж/моль.

3. а) Важное замечание: сопряжение экзергонического процесса с какой-либо работой уменьшает (по модулю) результирующее изменение энергии Гиббса; оно становится равным

так что степень экзергоничности снижается.

б) Пример: анаэробное превращение глюкозы в молочную кислоту:

В организме человека оно сочетается с совершением полезной рабо­ты — образованием молекул аденозинтрифосфата (АТФ) из аденозиндифосфата (АДФ) и фосфат-иона (Ф_н):

Поэтому результирующее изменение энергии Гиббса — по модулю меньше, чем в исходном процессе (4.14, а):

Образующийся АТФ служит источником энергии в различных процессах.

4. При совершении же максимально возможной работы результирующий процесс становится обратимым:

5. Следует также подчеркнуть: поскольку в энергию Гиббса в качестве составной части входит внутренняя энергия:

то абсолютное значение энергии Гиббса различных систем (веществ) неизвест­но, вследствие чего оперируют только изменениями этой величины.