12.01.2015

Энергия Гиббса G, которую называют также свободной энергией, является важнейшей термодинамической функцией. Изменение этой функции при постоянных температуре и давлении определяет направление и степень полноты протекания физико-химических процессов. Самопроизвольно происходят только такие процессы, которые сопровождаются уменьшением. G.
Свободная энергия гомогенной фазы является функцией температуры Т, давления и состава, т. е. числа молей различных компонентов в этой фазе ni. Производные G по этим переменным выражаются уравнениями
Энергия Гиббса

Здесь S и V означают энтропию и объем фазы соответственно, a μi — химический потенциал компонента i в данной фазе.
Химический потенциал компонента μi, который также называется парциальной свободной энергией, является интенсивной величиной. К таким величинам относятся также температура, давление и концентрация. Характерная особенность интенсивных величин —стремление к выравниванию внутри данной системы. Химический потенциал является мерой стремления данного компонента покинуть фазу, в которой он находится, а также мерой стремления вступать в химические реакции.
Совместное решение уравнений (1)—(3) приводит к общему уравнению
Энергия Гиббса

из которого могут быть найдены условия химического равновесия. Рассмотрим для этого в общем виде химическую реакцию
Энергия Гиббса

где v — стехиометрические коэффициенты.
Из уравнения (5) видно, что при протекании химической реакции изменения количеств молей dni всех ее компонентов связаны между собой величинами стехиометрических коэффициентов. Если отнести эти изменения к одному эквиваленту, т. е. разделить на соответствующие значения vi, то для рассматриваемой реакции при определенной степени превращения получим отношение, одинаковое для всех компонентов:
Энергия Гиббса

Здесь величина % называется числом пробегов реакции. Стехиометрические коэффициенты образующихся при реакции веществ — продуктов реакции — взяты со знаком «плюс», а исчезающих, т. е. исходных веществ, — со знаком «минус».
Подставляя в уравнение (4) вместо dni его значение vidχ, найдем, что при постоянных р и T
Энергия Гиббса

При протекании реакции свободная энергия системы уменьшается и становится минимальной при достижении равновесия и, следовательно, его условием является равенство нулю производной (∂G/∂χ)p, Т.
Таким образом, из уравнения (7) следует общее условие равновесия
Энергия Гиббса

Отсюда видно, что химические реакции достигают конечного состояния равновесия при некоторой определенной степени превращения, определяемой величиной χ.