29763

Химический потенциал. Химическое равновесие. Закон действующих масс. Константы равновесия

Контрольная

Химия и фармакология

Химическое равновесие Эксперименты показывают что химические реакции одновременно протекают в двух направлениях. Таким образом химическое равновесие помимо равенства скоростей прямой и обратной реакции и постоянства концентраций при неизменных внешних условиях обладают ещё следующими свойствами: Подвижностью т. Возможностью достижения равновесия как со стороны исходных веществ так и со стороны продуктов реакции. С термодинамической точки зрения они необратимы и работа их не является максимальной однако можно мысленно представить...

Русский

2013-08-21

21.55 KB

42 чел.

Химический потенциал. Химическое равновесие. Закон действующих масс. Константы равновесия.

Химический потенциал

До сих пор рассматривались системы с постоянным количеством вещества. При изучении растворов и гетерогенных систем, состоящих из двух и более веществ, необходимо рассматривать открытые системы, в которых состав и масса могут быть непостоянными вследствие химических реакций: испарения, кристаллизации и т.д. Изменение состава влияет на условия существования каждого компонента и соответственно на их термодинамические свойства. Для описания свойств таких открытых систем используются понятия химического потенциала.

Химический потенциал – это термодинамическая функция состояния, определяющая изменение термодинамических потенциалов при изменении числа частиц в системе. Химический потенциал -го компонента многокомпонентной системы равен частной производной любого из термодинамических потенциалов по числу частиц этого компонента при постоянных значениях остальных термодинамических переменных, определяющих данный потенциал. Химический потенциал:

Его смысл заключается в том, что химический потенциал -го компонента – это работа, затрачиваемая на увеличение числа частиц -го сорта в системе на единицу при постоянных остальных переменных. Химический потенциал – это интенсивная величина.

Понятие химического потенциала позволяет сформулировать условие термодинамического равновесия. При равновесии химический потенциал каждого компонента во всех фазах системы одинаков. (Уровень Ферми для электронов одинаков гетерогенных системах и p-n переходе). Если в гетерогенной системе происходит самопроизвольное перераспределение веществ между фазами или в гомогенной системе самопроизвольно протекает прямая реакция, то изобарный потенциал системы должен убывать. При этом при постоянном давлении и температуре сумма

Меньше нуля, когда процесс протекает с изменение количества частиц, и в этом случае равновесие наступает при минимальном значении изобарного потенциала

общее условие возможности самопроизвольного течения процесса. При постоянных значениях давления и температуры вещество будет переходить самопроизвольно из фазы, где оно имеет более высокий химический потенциал, в фазу, где его химический потенциал ниже. При равновесии химический потенциал примет равное значение для каждой фазы, т.е. химический потенциал как интенсивная величина подобен давлению, температуре и другим потенциалам, определяющим направление самопроизвольных процессов.

Химическое равновесие

Эксперименты показывают, что химические реакции одновременно протекают в двух направлениях. Обычно прямой называется та реакция, которая протекает экзотермически, т.е. с выделением тепла, обратная – эндотермически, с поглощением тепла.

Таким образом, химическое равновесие помимо равенства скоростей прямой и обратной реакции и постоянства концентраций при неизменных внешних условиях обладают ещё следующими свойствами:

  1.  Подвижностью, т.е. способностью самопроизвольно восстанавливаться после небольших смещений, вызванных временными отклонениями температуры или давления от заданного значения.
  2.  Возможностью достижения равновесия, как со стороны исходных веществ, так и со стороны продуктов реакции.
  3.  Минимальным значением изобарного потенциала в изобарно изотермическом процессе и равенствами  и

которые являются фундаментальными термодинамическими условиями химического равновесия.

Химически обратимая реакция до перехода в состояние равновесия протекает с конечными скоростями. С термодинамической точки зрения они необратимы и работа их не является максимальной , однако можно мысленно представить, что эти реакции в прямом и обратном направлениях идут бесконечно медленно через смежные равновесные состояния, т.е. термодинамически обратимы. Тогда к ним можно применять общее условие термодинамического равновесия и рассчитать максимальную работу – меру химического сродства

По положительному значению  или убыли изобарного потенциала  можно судить о преимущественном направлении обратимой реакции, которая приближает систему к равновесному состоянию.

Закон действующих масс

В обратимых химических реакциях равновесие описывается законом действующих масс при постоянной температуре, если концентрации или парциальные давления веществ-участников реакции сравнительно малы, то закон действующих масс устанавливает постоянство отношения произведения равновесных концентраций или парциальных давлений продуктов реакции к произведению концентраций или парциальных давлений исходных веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам реакции.

и  равновесные давления и концентрации веществ. Соотношения, связывающие изобарный и изохорный процессы реакции с константой реакции называются уравнениями изотермы химической реакции или уравнениями Вант-Гоффа

Эти выражения справедливы для процессов, протекающих при постоянных температуре и давлении, и температуре и объёме соответственно. Парциальное давление относится к неравновесному состянию именно поэтому они для отличия обозначаются строчными буквами.

Если в веществах, участвующих в реакции, не применимы законы идеальных газов, то вместо парциальных давлений и концентраций необходимо использовать активности. Как правило такая ситуация наблюдается, когда концентрации веществ высоки.

Если парциальные давления всех участников реакции в исходной неравновесной смеси равны одной атмосфере, то можно записать стандартный изобарный потенциал реакции при выбранной температуре

Таким образом, изменение изобарного потенциала реакции  состоит из двух частей. Одна часть  изменение для гипотетической реакции, проходящей в стандартных условиях. При постоянных давлении и температуре она зависит только от природы участников реакции. Второй член отражает зависимость  от состава реакционной смеси.

Главное значение изотерм реакции состоит в том, что они позволяют рассчитать  или  обратимой реакции для заданного состава реакционной  смеси и определить в каком направлении и до какого предела протекает реакция при заданных условиях.

Зависимость константы равновесия от температуры

Химическое равновесие является динамическим, оно смещается в ту или иную сторону при изменении внешних условий, в частности на положении равновесия и, следовательно, на константу реакции влияет температура.

Для изобарного и изохорного процесса можно записать следующее уравнение

В узком интервале температур порядка нескольких десятков градусов тепловой эффект реакции практически не зависит от температуры, поэтому после интегрирования можно получить , где  – константа.

Если известны  для какой либо одной температуры, то можно определить  и далее значение  для любой другой температуры. Из уравнения изобары и изохоры реакции можно сделать следующий вывод. Константа равновесия  увеличивается с повышением температуры для эндотермических реакций, т.е. когда , и с понижением температуры для экзотермических, когда , т.е. наибольшая полнота эндотермических реакций достигается при возможно более высоких температурах, а эндотермических реакций – при низких температурах.

Уравнение изобары и изохоры позволяет количественно рассчитать константы равновесия реакций, по величинам которых можно судить о направлении смещения равновесия при изменении температуры и давления, а также о составе равновесной смеси. В общем виде достаточно быстро направление сдвига равновесия при изменении внешних условий можно оценить с помощью принципа подвижного равновесия Ле-Шателье. Если на систему, находящуюся в равновесии воздействуют извне, изменяя какие либо условия, определяющие положение равновесие, то в системе усилить то из направлений процесса, которое ослабляет влияние, произведённого воздействия.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62135. Основы пограммирования 78.36 KB
  Применение рабочей тетради в обучении программированию на языке Pascal улучшает качество образования, повышает эффективность учебного процесса на основе его индивидуализации, появляется возможность реализации перспективных методов обучения.
62136. ИНТЕГРАЛ ЛЕБЕГА, ТЕОРЕМЫ О ПРЕДЕЛЬНОМ ПЕРЕХОДЕ 627 KB
  Определение. Назовём функцию f интегрируемой (суммируемой) на X, если существует последовательность простых интегрируемых на X функций, сходящаяся равномерно к f. Интегралом Лебега функции f на множестве X называется предел интегралов от функций
62137. Деньги, их функции 18.52 KB
  Цели урока: Образовательная: выявить причины появления денег главные функции денег; научиться применять полученные знания на примере конкретных жизненных ситуаций; выявить научный смысл понятий: деньги банкнота и кредитная карточка.
62142. Моя семья 32.71 KB
  One, two – I, you One, two – who are you? I am a girl. My name is Kate. I am 9. I live in the house. One, two three – I and she One, two, three – who is she?