Лабораторная работа: почему нельзя определить абсолютное значение энтальпии и функции Гиббса, но можно энтропии?

В химических реакциях, происходящих при постоянном давлении и температуре, важными термодинамическими величинами являются энтальпия, энтропия и функция Гиббса.

Однако, определить абсолютное значение энтальпии и функции Гиббса невозможно, в отличие от энтропии. Почему так происходит?

Энтальпия

Энтальпия - это термодинамическая функция состояния системы, определяемая как разность теплоты, поглощенной или отданной системой, и произведения ее давления и объема.

$$H = U + pV$$

Где H - энтальпия, U - внутренняя энергия, p - давление, V - объем.

Так как энтальпия зависит от состояния системы, ее абсолютное значение нельзя определить экспериментально. Однако, можно измерить изменение энтальпии при реакции или изменении состояния системы.

$$\Delta H = H_{конечное} - H_{начальное}$$

Изменение энтальпии можно найти с помощью измерения количества поглощенного или выделившегося тепла при реакции или изменении состояния системы.

Функция Гиббса

Функция Гиббса - это термодинамическая функция состояния системы, определяемая как разность энтальпии и произведения термодинамической температуры и энтропии.

$$G = H - TS$$

Где G - функция Гиббса, T - температура, S - энтропия.

По той же причине, что и энтальпия, абсолютное значение функции Гиббса невозможно определить экспериментально. Однако, можно измерить изменение функции Гиббса при реакции или изменении состояния системы.

$$\Delta G = \Delta H - T\Delta S$$

Энтропия

Энтропия - это мера беспорядка или неопределенности системы. Она также является термодинамической функцией состояния системы.

$$S = k_B \ln(\Omega)$$

Где S - энтропия, k_B - постоянная Больцмана, $\Omega$ - число возможных микросостояний системы.

Значение энтропии системы можно определить экспериментально путем измерения теплоты перехода системы из начального состояния в конечное, а затем вычисления изменения энтропии по формуле.

$$\Delta S = \frac{q_{rev}}{T}$$

Где $\Delta S$ - изменение энтропии, $q_{rev}$ - теплота, поглощенная системой при обратимом процессе, T - термодинамическая температура.

Таким образом, абсолютное значение энтальпии и функции Гиббса невозможно определить экспериментально, только изменение этих величин можно измерить. В отличие от энтальпии и функции Гиббса, значение энтропии можно найти экспериментально. Энтропия является ключевой величиной, определяющей термодинамическую спонтанность процесса, и может служить основой для дальнейшего изучения физических свойств систем.