• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Константа хімічної рівноваги. Рівняння ізотерми хімічної реакції

Усі хімічні реакції тією чи іншою мірою оборотні, тобто не проходять до кінця, до повного перетворення вихідних речовин у продукти. У реакційній суміші завжди відбуваються як пряма, так і зворотна реакції. У міру витрачання вихідних речовин швидкість прямої реакції зменшується; в міру накопичення продуктів зростає швидкість зворотної реакції. Коли ці швидкості зрівняються, встановиться динамічна рівновага: не буде відбуватися ні накопичення, ні витрачання вихідних речовин та продуктів. Сумарна швидкість прямої та зворотної реакцій буде дорівнювати нулю. Подібна рівновага називається хімічною рівновагою.

Умовою хімічної рівноваги є загальна умова термодинамічної рівноваги у системі – рівняння Гіббса-Дюгема:

å m_і dn_i = 0.

Нехай у системі, що містить ідеальні гази А, В, D та F, проходить хімічна реакція

аА + вВ = dD + fF.

Тут а, в, d i f - стехіометричні коефіцієнти. Розраховуємо змінення енергії Гіббса цієї реакції. З урахуванням рівняння (5.6) одержуємо

DG=G_кон- G_исх=(G_D + G_F)–(G_A+G_B) = dm_D+fm_F-am_A-bm_B. (5,12)

Ураховуючи, що m = m⁰ + R×T×lnP, отримуємо

DG = dm⁰_D + d×R×T× lnP¢_D + fm_F⁰ + f×R×T×lnP¢_F - am⁰_A –

- a×R×T× lnP¢_A- bm⁰_B - b×R×T× lnP¢_B. (5,13)

У цьому співвідношенні P¢_A, P¢_B, P¢_D i P¢_F – парціальни тиски компонентів А, В, D i F у довільний момент часу (ці тиски у міру проходження реакції змінюються: зменшуються для речовин А і В і збільшуються для речовин D i F).

Очевидно, що алгебраїчна сума стандартних значень хімічних потенціалів є стандартним зміненням енергії Гіббса хімічної реакції DG⁰ і з урахуванням цього

. (5,14)

Якщо хімічна реакція досягла стану рівноваги, то енергія Гіббса реакції дорівнює нулю: DG = 0, тому

. (5,15)

Тут P_A, P_B, P_D, P_F уже не довільні парціальні тиски, а парціальні тиски речовин А, В, D, F у момент встановлення рівноваги, тобто постійні для даних умов величини. Отже, величина, що міститься під знаком логарифма, є величиною постійною. Вона позначається К_Р і називається константа хімічної рівноваги

(5,16)

З урахуванням цього

DG⁰ = - R×T× lnK_P. (5,17)

Остаточно, для енергії Гіббса даної хімічної реакції можна записати

. (5,18)

Отримане співвідношення називається рівнянням ізотерми хімічної реакції. За цим рівнянням можна розрахувати змінення енергії Гіббса для перетворення зазначених вище кількостей вихідних речовин у продукти при Р,Т = const. Якщо відома константа рівноваги хімічної реакції, легко оцінити знак виразу, що поданий у дужках у правій частині рівняння. Якщо перший член цього виразу більший від другого, то реакція буде проходити самодовільно зліва направо, оскільки для цього процесу D G < 0. У противному разі самодовільно буде проходити зворотна реакція.

Якщо хімічна реакція проходить в ідеальному розчині, тобто при V,T = const, то віддаленість реакції від рівноваги визначається величиною енергії Гельмгольца хімічної реакції DF, і шляхом аналогічних міркувань можна отримати такі співвідношення:

DF⁰ = - R×T×lnK_c =, (5,19)

K_C =, (5,20)

. (5,21)

У цих рівняннях DF⁰ – стандартна енергія Гельмгольца хімічної реакції. К_С – константа хімічної рівноваги, що виражена через рівноважні концентрації C_і речовин, C¢_і – концентрації речовин у довільний момент часу. Останнє рівняння також має назву рівняння ізотерми хімічної реакції.

Константи К_Р і К_С зв¢язані між собою простим співвідношенням. Оскільки Р_і = C_і×R×T, то

(5,22)

Із цього співвідношення випливає, що К_Р = К_С, коли реакція проходить без змінення кількості молів у газовій фазі, тобто коли d+f = a+b.

Величина константи хімічної рівноваги дозволяє відповісти на питання про напрямок проходження хімічної реакції. Так, якщо константа рівноваги більша від одиниці, це означає відповідно до рівняння ізотерми реакції можливість самодовільного проходження реакції зліва направо. Якщо К < 1, то реакція буде проходити спонтанно у зворотному напрямку.

Читайте також:

1. V Процес інтеріоризації забезпечують механізми ідентифікації, відчуження та порівняння.
2. VIII. Реакції, в результаті яких утворюються високомолекулярні сполуки
3. Аварійне та довгострокове прогнозування хімічної обстановки
4. АДАПТАЦІЙНІ РЕАКЦІЇ М'ЯЗОВОЇ СИСТЕМИ
5. АДАПТИВНІ РЕАКЦІЇ МІКРООРГАНІЗМІВ НА СТРЕСОВІ ДІЇ.
6. Аналітичні реакції та вимоги, яким вони повинні відповідати.
7. Антигени. Антитіла. Серологічні реакції .
8. Асимптотичний підхід до порівняння оцінок
9. Біогенні аміни та реакції декарбоксилювання
10. Бюджетний контроль - це порівняння показників бюджету зі звітом за від­повідний період часу.
11. В обох випадках основним розрахунковим рівнянням є рівняння теплопередачі і теплового балансу
12. Вивід основного рівняння фільтрації

Переглядів: 1381