Номер 12, страница 165 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 23. Химическое равновесие и способы его смещения - номер 12, страница 165.

Условие.

12. В биологическом полимере имеет место превращение

нативное состояние $\rightleftharpoons$ денатурированное состояние

При повышении температуры равновесие сдвигается вправо. Что можно сказать о знаке $\Delta H^{\circ}$ в соответствии с принципом Ле Шателье? Зная, что величина $\Delta G^{\circ}$ данного процесса отрицательна, определите знак $\Delta S^{\circ}$.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Процесс: нативное состояние $ \rightleftharpoons $ денатурированное состояние

При повышении температуры ($\text{T}$) равновесие сдвигается вправо.

Изменение энергии Гиббса: $ \Delta G^{\circ} < 0 $

Найти:

знак $ \Delta H^{\circ} $

знак $ \Delta S^{\circ} $

Решение:

Что можно сказать о знаке $ \Delta H^{\circ} $ в соответствии с принципом Ле Шателье?

Согласно принципу Ле Шателье, если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет это воздействие. Повышение температуры является внешним воздействием. Система будет стремиться понизить температуру, поглощая тепло. Это означает, что равновесие сместится в сторону эндотермической реакции (реакции, идущей с поглощением тепла, $ \Delta H > 0 $).
По условию задачи, при повышении температуры равновесие смещается вправо, то есть в сторону денатурированного состояния. Следовательно, прямой процесс превращения нативного состояния в денатурированное является эндотермическим.
Таким образом, изменение энтальпии для этого процесса положительно.
Ответ: Знак $ \Delta H^{\circ} $ положительный ($ \Delta H^{\circ} > 0 $).

Зная, что величина $ \Delta G^{\circ} $ данного процесса отрицательна, определите знак $ \Delta S^{\circ} $.

Изменение энергии Гиббса ($ \Delta G^{\circ} $), энтальпии ($ \Delta H^{\circ} $) и энтропии ($ \Delta S^{\circ} $) связаны уравнением Гиббса:
$ \Delta G^{\circ} = \Delta H^{\circ} - T \Delta S^{\circ} $
где $\text{T}$ — абсолютная температура в Кельвинах ($ T > 0 $).
Мы можем выразить из этого уравнения член, содержащий энтропию:
$ T \Delta S^{\circ} = \Delta H^{\circ} - \Delta G^{\circ} $
Из условия задачи нам известно, что $ \Delta G^{\circ} < 0 $. Из предыдущего пункта мы определили, что $ \Delta H^{\circ} > 0 $.
Подставим знаки величин в правую часть уравнения:
$ T \Delta S^{\circ} = (\text{положительное число}) - (\text{отрицательное число}) $
Вычитание отрицательного числа эквивалентно сложению положительного, поэтому результат в правой части будет положительным числом:
$ \Delta H^{\circ} - \Delta G^{\circ} > 0 $
Следовательно, $ T \Delta S^{\circ} > 0 $. Поскольку абсолютная температура $\text{T}$ всегда положительна, то и изменение энтропии $ \Delta S^{\circ} $ должно быть положительным.
Это также логично с точки зрения физического смысла: денатурация представляет собой процесс разрушения упорядоченной пространственной структуры биополимера (нативное состояние) и переход в хаотичное, неупорядоченное состояние (клубок), что соответствует увеличению энтропии системы.
Ответ: Знак $ \Delta S^{\circ} $ положительный ($ \Delta S^{\circ} > 0 $).