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

49 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

80782. Правовое регулирование государственной экологической экспертизы 30.41 KB
  Цели проведения экологической экспертизы: 1 проверка соответствия хозяйственной и иной деятельности экологической безопасности общества; 2 предупреждение возможных неблагоприятных воздействий хозяйственной деятельности на окружающую природную среду и связанных с ними социальных экономических и иных последствий реализации объекта экологической экспертизы; 3 определение допустимости реализации объекта экологической экспертизы. Законодательство РФ об экологической экспертизе: 1 Конституция РФ; 2 Федеральный закон от 23 ноября 1995 г. № 1...
80783. Общественная экологическая экспертиза 30.78 KB
  Вторым нормативным актом в этой области явился Федеральный закон Об экологической экспертизе 1995 г. Общественная экологическая экспертиза организуется и проводится по инициативе граждан и общественных организаций объединений а также по инициативе органов местного самоуправления общественными организациями объединениями основным направлением деятельности которых в соответствии с их уставами является охрана окружающей природной среды в том числе организация и проведение экологической экспертизы и которые зарегистрированы в порядке...
80784. Понятие и роль экономического регулирования в области охраны окружающей среды 30.11 KB
  Прежде всего он направлен на экономическое обеспечение рационального природопользования и охраны окружающей среды. Правовые требования касающиеся экономических мер природопользования и охраны окружающей среды содержатся в ряде законов и подзаконных актов относящихся к экологическому и к иным отраслям российского законодательства. Основные требования в данной области предусмотрены Федеральным законом Об охране окружающей среды .
80785. Плата за негативное воздействие на окружающую среду 31.12 KB
  Некоторые общие требования относительно платы за негативное воздействие на окружающую среду определяются в Федеральном законе Об охране окружающей среды ст. Определение размеров и взимание платы за загрязнение окружающей среды регламентируется на федеральном уровне достаточно подробно документом утвержденным постановлением Правительства Порядок определения платы и ее предельных размеров за загрязнение окружающей природной среды размещение отходов другие виды вредного воздействия. Исходными при определении платы за негативное воздействие на...
80786. Экологическое страхование 30.07 KB
  Для экологического страхования главным образом имеют значения положения ПС содержащиеся в статьях 927929931966 которые прямо закрепляют некоторые аспекты относящиеся к страхованию ответственности а именно: Обязательное страхование гражданской ответственности за причинение экологического вреда осуществляется в силу прямого указания закона Данный вид страхования может осуществляться хозяйствующими субъектами как за свой счет так и за счет заинтересованных лиц. Однако обязательное страхование ответственности за счет бюджета не...
80787. Понятие и виды юридической ответственности за нарушение правовых экологических требований 30.62 KB
  Под юридической ответственностью за экологические правонарушения понимается отношение между государством в лице специально уполномоченных органов в области охраны окружающей среды правоохранительных органов иными уполномоченными субъектами и совершившим экологическое правонарушение лицом физическим должностным или юридическим по применению к нарушителю соответствующего взыскания. Сущность юридической ответственности заключается в неблагоприятных последствиях наступающих для нарушителя. Посредством применения юридической ответственности...
80788. Ответственность за экологические преступления 30.98 KB
  К числу таковых отнесены незаконная добыча водных животных и растений незаконная охота нарушение законодательства Российской Федерации о континентальном шельфе и исключительной экономической зоне нарушение правил охраны и использования недр незаконная порядка леса уничтожение или повреждение лесов загрязнение водоемов и атмосферного воздуха загрязнение моря вредными веществами нарушение режима особо охраняемых природных территорий и природных объектов нарушение правил обращения экологически опасных веществ и отходов и др. Субъектами...
80789. Дисциплинарная и материальная ответственность за экологические правонарушения 31.43 KB
  Материальная ответственность заключается в обязанности работника возместить в установленном порядке и в определенных размерах имущественный ущерб причиненный по его вине предприятию организации в результате ненадлежащего исполнения им своих трудовых обязанностей. Для привлечения работника к материальной ответственности необходимы следующие условия ее наступления: 1 причинение работником прямого действительного ущерба. Неполученные доходы улучшенная выгода взысканию с работника не подлежат ст.
80790. Административная ответственность за экологические правонарушения 35.2 KB
  Понятие и виды экологического вреда. Принципы и порядок возмещения экологического вреда Вред причиняемый нарушением правовых экологических требований называется в доктрине экологического права экологическим или экогенным вредом. Новым для российского экологического права элементом экологического вреда является моральный вред. Так как природа удовлетворяет эстетические духовные потребности человека уничтожение к примеру зеленых насаждений в городах также может рассматриваться как фактор причинения морального вреда и соответственно должно...