L Ờ IC ẢM ƠN
2.1.1. Năng lượng tự do Gibbs
Khi đề xuất các quá trình luyện kim và công nghệ hóa học ở các giai đoạn khác nhau, cần đánh giá xác suất xảy ra các phản ứng khác nhau và hệ số cân bằng của chúng - quan hệ giữa các sản phẩm phản ứng và các chất tham gia ban đầu, ở trạng thái cân bằng. Khi đó, nếu biết mối quan hệ giữa thế nhiệt động hay biến thiên năng lượng tự do Gibbs G của các phản ứng sẽ cho phép lựa chọn vùng nhiệt độ thích hợp nhất, trước khi làm thực nghiệm. Điểu đó sẽ cho phép rút ngắn nhiều thời gian nghiên cứu thực nghiệm, giúp cho việc lập kế hoạch nghiên cứu, hiểu rõ những phản
ứng nào cần nghiên cứu tỉ mỉ hơn và những phản ứng nào có thể bỏ qua ở các giai
đoạn nghiên cứu [82].
Năng lượng tự do Gibbs là một hàm trạng thái phụ thuộc vào entropi, entanpi và nhiệt độ của một hệ, được viết như sau:
G = H − TS (2.1)
Trong đó H là entanpi, T là nhiệt độ và S là entropi. Sự biến thiên năng lượng tự do (ΔGT) là hiệu số giữa nhiệt lượng tỏa ra trong một quá trình và nhiệt lượng toả ra cho cùng một quá trình xảy ra theo phương thức thuận nghịch được sử dụng đểđánh
giá tính tự phát của phản ứng. Biến thiên năng lượng tựdo ΔG được viết như sau:
ΔGT = ΔHT–TΔST (2.2)
Phương trình (1.2) có thểđược sử dụng đểxác định:
- Nếu ΔGT < 0, phản ứng tự xảy ra theo chiều tạo sản phẩm; - Nếu ΔGT = 0, phản ứng ở trạng thái cân bằng;
- Nếu ΔGT > 0, phản ứng không tự xảy ra theo chiều tạo sản phẩm.
Biến thiên năng lượng tự do tiêu chuẩn (Δ𝐺𝑇𝑜) là sựthay đổi năng lượng tự do khi một chất hoặc một tập hợp các chất ở trạng thái tiêu chuẩn của chúng được chuyển thành một hoặc nhiều chất khác, cũng ở trạng thái tiêu chuẩn của chúng. Sựthay đổi
năng lượng tự do tiêu chuẩn có thểđược tính toán từđịnh nghĩa của năng lượng tự
do, nếu biết sựthay đổi entanpi và entropi tiêu chuẩn, sử dụng công thức:
Δ𝐺𝑇0 = Δ𝐻𝑇0−TΔ𝑆𝑇0 (2.3) Giá trị dương của Δ𝐺𝑇𝑜 đối với một phản ứng không có nghĩa là không có sản phẩm nào sẽ hình thành nếu các chất phản ứng ở trạng thái tiêu chuẩn của chúng được trộn lẫn; nó chỉ có nghĩa là ở trạng thái cân bằng, nồng độ của các sản phẩm sẽ nhỏ hơn nồng độ của các chất phản ứng.
ΔGT có thểđược tính toán ở bất kỳđiều kiện nào bằng cách liên hệ nó với năng lượng tự do ở trạng thái tiêu chuẩn của phản ứng, sử dụng công thức:
ΔGT= Δ𝐺𝑇0 + RTlnK (2.4)
Trong đó K là hệ số cân bằng. Các nhân tố chính ảnh hưởng đến K là nhiệt độ T, áp suất P, nồng độ chất ban đầu, khí trơ.
34
2.1.2. Phương pháp tính toán biến thiên năng lượng tự do tiêu chuẩn Δ𝐆𝐓𝟎