吉布斯自由能与自发性

大学化学反应焓和熵恒定的理想A到B吉布斯混合自由能景观,以及基于对数组成的耗散弛豫定律

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关于此实验

探索标准反应吉布斯能与依赖组成的驱动力之间的区别。设置温度和组成,找到平衡最小值,并按照指定的弛豫模型沿自由能降低的方向变化。

学习目标

  • 根据焓、熵和温度计算标准吉布斯能。
  • 在实际热力学驱动力中纳入反应商。
  • 将平衡组成与吉布斯能最小值及平衡常数联系起来。

使用方法

  1. 1比较交叉温度以上和以下标准反应吉布斯能的符号。
  2. 2在自由能景观上选择初始组成,并查看其实际驱动力。
  3. 3向平衡状态弛豫,并检查混合物的吉布斯能是否降低。
  4. 4直接设置平衡组成,并验证即使标准值不为零,反应吉布斯能也为零。

模型

实际反应驱动力包含组成的影响。
在理想二元模型中,活度等于摩尔分数。
相对混合自由能地形以每摩尔为单位表示。
这种人为设定的唯象弛豫使吉布斯能的导数非正。

假设

  • 在恒温恒压下,A和B在理想封闭二元混合物中相互转化。在整个温度范围内,焓和熵均保持不变。
  • 自然对数组成坐标能够保留极小的少数成分比例。但这并不意味着可以根据平衡预测分子反应速率。
  • 该弛豫定律是一种选定的耗散模型,并非实验测得的速率常数,也不是活化能计算。

在课堂上试试这个实验

  1. Q1当标准吉布斯能不为零时,反应驱动力能否为零?
  2. Q2为什么在温度固定时,改变组成会使热力学反应方向逆转?

常见问题

吉布斯能为负是否意味着反应很快?

不是。热力学驱动力和动力学势垒是不同的。该模型明确指定了一个用于说明的弛豫时间尺度。

为什么在平衡时仍有微量不利物种存在?

理想混合熵有利于形成分布。在极端参数下,少数组分的比例可能极小,但在对数计算中仍保持为正。