Калькулятор энергии Гиббса
Введите изменение энтальпии и энтропии реакции и температуру — калькулятор найдет изменение энергии Гиббса, скажет, идет ли реакция самопроизвольно, при какой температуре это меняется, и рассчитает константу равновесия. Можно начать и с известной константы равновесия, чтобы получить стандартную энергию Гиббса.
Работает в браузере: всё, что вы вводите, никуда не отправляется.
Как пользоваться
- Выберите расчет по ΔH и ΔS или по константе равновесия.
- Введите ΔH в кДж/моль и ΔS в Дж/(моль·К) — так их дают справочники — или значение K.
- Введите температуру и выберите °C, K или °F.
- Смотрите ΔG, вывод о самопроизвольности, интервал температур, где реакция идет сама, и K.
Формулы
- ΔG = ΔH − T × ΔS (T в кельвинах, ΔS в кДж/(моль·К))
- K = e^(−ΔG° ÷ RT) и ΔG° = −RT × ln K, R = 8,314462618 Дж/(моль·К)
- Температура перехода T = ΔH ÷ ΔS — имеет смысл, когда ΔH и ΔS одного знака
| ΔH |
ΔS |
Самопроизвольна |
| − |
+ |
при любой температуре |
| − |
− |
ниже ΔH ÷ ΔS |
| + |
+ |
выше ΔH ÷ ΔS |
| + |
− |
ни при какой |
Пример расчета
Синтез аммиака N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃: ΔH = −92,2 кДж/моль, ΔS = −198,7 Дж/(моль·К), 25 °C = 298,15 К.
TΔS = 298,15 × (−0,1987) = −59,242 кДж/моль, значит, ΔG = −92,2 + 59,242 = −32,958 кДж/моль — реакция самопроизвольна. K = e^(32 958 ÷ (8,314462618 × 298,15)) = 594 184. Обе величины отрицательны, поэтому самопроизвольность сохраняется только ниже 92 200 ÷ 198,7 = 464,02 К (190,87 °C).
Обратная задача: K = 1000 при 25 °C дает ΔG° = −8,314462618 × 298,15 × ln 1000 = −17,124 кДж/моль.
Частые ошибки
- Килоджоули и джоули вперемешку. ΔS обычно дана в Дж/(моль·К); если не разделить на 1000, энтропийный член вырастет в тысячу раз. Калькулятор принимает ΔS в джоулях и переводит сам.
- Градусы Цельсия в формуле. T — абсолютная температура; 25 °C — это 298,15 К.
- ΔG и ΔG° — не одно и то же. Связь с K дает стандартная ΔG°; при нестандартных концентрациях ΔG = ΔG° + RT ln Q.
Частые вопросы
Как рассчитать энергию Гиббса?
ΔG = ΔH − T × ΔS, температура — в кельвинах. В справочниках ΔH дается в кДж/моль, а ΔS — в Дж/(моль·К), поэтому ΔS сначала делят на 1000. Для синтеза аммиака при 25 °C: −92,2 − 298,15 × (−0,1987) = −32,958 кДж/моль.
Что значит отрицательная ΔG?
Реакция при этой температуре идет самопроизвольно, без затраты внешней работы. О скорости это ничего не говорит: самопроизвольная реакция может идти крайне медленно, если велика энергия активации. При положительной ΔG самопроизвольно идет обратная реакция.
При какой температуре реакция становится самопроизвольной?
Если ΔH и ΔS одного знака, ΔG меняет знак при T = ΔH ÷ ΔS. Если оба отрицательны, реакция самопроизвольна ниже этой температуры, если оба положительны — выше. Разложение известняка (ΔH = 178,3 кДж/моль, ΔS = 160,6 Дж/(моль·К)) становится самопроизвольным выше примерно 1110 К.
Как связаны ΔG° и константа равновесия?
ΔG° = −R × T × ln K, отсюда K = e^(−ΔG°/RT), R = 8,314462618 Дж/(моль·К). K = 1 соответствует ΔG° = 0; при 25 °C каждые 5,7 кДж/моль в минус увеличивают K примерно в десять раз.
ΔH и ΔS считаются постоянными?
Да, калькулятор использует введенные значения при любой температуре — это обычное приближение. В широком интервале температур обе величины немного меняются, поэтому температура перехода — оценка.