Химическое равновесие
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 НАПРАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ. Работу выполнил______________________ Работу принял_____________________ Дата выполнения______________________ Отметка о зачете___________________ Основные понятия. Большинство физико-химических процессов обратимо, т.е. в зависимости от условий они могут протекать как в прямом, так и в обратном направлении. Самопроизвольным процессом называют процесс, протекающий без воздействия внешних сил, в отличии от несамопроизвольного ( вынужденного ) процесса, протекающего только при поступлении в систему энергии из окружающей среды. Любой самопроизвольный процесс стремится привести систему в состояние равновесия - состояние, из которого система не может выйти без внешнего воздействия. Возможности, направление и предел протекания самопроизвольных процессов устанавливает второе начало термодинамики. Второе начало термодинамики. Существует функция состояния ( свойство ) системы - энтропия ( S ), измене- Ние которой для самопроизвольного процесса связано с поглощенной теплотой и температурой системы соотношением: DS > Q/T( 1 ) Для изолированной системы теплообмен с окружающей средой отсутствует ( Q = 0 ), следовательно: в изолированной системе процессы могут протекать только в сторону возрастания энтропии ( DS > 0 ), равновесию соответствует максимальное значение энтропии системы (DS = 0). Энтропия связана с хаотическим ( тепловым ) движением в системе ( является мерой молекулярногохаоса ) и зависит от числа частиц в системе, температуры, объема и агрегатного состояния вещества. Величина энтропии системы определяется уравнением Больцмана: S = k × ln w ( 2 ), где k = R/NA - постоянная Больцмана, w - термодинамическая вероятность - число способов, которым общий запас внутренней энергии системы может быть распределен по доступным уровням энергии всех частиц, составляющих систему. При температуре Т = 0 К прекращается любое тепловое движение материи. В этих условиях частицы, составляющие правильный кристалл индивидуального вещества могут быть размещены единственным способом ( w = 1 ), следовательно: энтропия правильно образованного кристалла чистого вещества при абсолютном нуле температуры равна нулю ( постулат Планка или третий закон термодинамики ). С повышением температуры число возможных состояний быстро увеличивается, что приводит к возрастанию энтропии. При переходе твердого вещества в жидкость (плавлении) энтропия вещества возрастает на : DSпл = DHпл /Tпл » 8 Дж/(моль К), при испарении вещества ( переходе жидкость ® пар ) возрастание энтропии более значительно: DS исп = DH исп /T кип » 90 Дж/(моль К). Таким образом для значений энтропии вещества в различных фазовых состояниях всегда выполняется соотношение: S тв < S жидк << S газ. Абсолютные значения энтропии веществ в стандартном состоянии S°298 в [ Дж/(моль К) ] приводятся в термодинамических таблицах ( см. приложение ). Т.к. энтропия является функцией состояния, для химической реакции: a1A1 + a2A2 + ¼ = b1B1 + b2B2 + ¼ ( * ) изменение энтропии рассчитывается по уравнению: DS°х.р. = S bi × S°298( Bi ) - S aj × S°298( Aj ), ( 3 ) прод исх где аj и bi - стехиометрические коэффициенты исходных веществ и продуктов реакции соответственно; S°298( Bi ) и S°298( Aj ) - стандартные энтропии исходных веществ и продуктов реакции.
Определение направления химической реакции. Объединяя выражения первого начала термодинамики ( DU = Q + W ) и второго начала для самопроизвольного процесса ( DS > Q/T ), получаем: DU – W < T DS ( 4 ) В случае химической реакции, протекающей при постоянных давлении и температуре, а также при отсутствии всех видов работ кроме работы расширения ( W = - p DV ), уравнение (4) переходит в: DU + p DV – T DS < 0 (5 ) Величина U + p V – T S = H – T S = G называется энергией Гиббса. Таким образом, самопроизвольный процесс всегда сопровождается уменьшением энергии Гиббса системы, иными словами – условие DG < 0 является термодинамическим критерием возможности самопроизвольного протекания процесса (при p = const, T = const). В состоянии равновесия энергия Гиббса системы принимает минимальное значение и не изменяется, т.е. DG = 0. Энергия Гиббса является функцией состояния системы, поэтому для реакции ( * ) стандартное изменение DG можно рассчитать по уравнению: DG°х.р. = S bi × DG°f,298( Bi ) - S aj × DG°f,298( Aj ), ( 6 ) прод исх где аj и bi - стехиометрические коэффициенты исходных веществ и продуктов реакции соответственно; DG°f,298( Bi ) и DG°f,298( Aj ) - стандартные энергии Гиббса образования исходных веществ и продуктов реакции. Стандартная энергия Гиббса образования соединения определяется как изменение энергии Гиббса реакции получения одного моля этого соединения из простых веществ в стандартном состоянии. Из определения следует, что стандартные энергии Гиббса образования простых веществ равны нулю. Величины стандартных энергий Гиббса образования веществ приводятся в термодинамических таблицах ( см. приложение ). Из определения энергии Гиббса следует, что соотношение между стандартными термодинамическими функциями химической реакции выражается уравнением: DG° Т = DH° Т – Т DS°T ( 7 )
Химическое равновесие. Состояние химического равновесия достигается при равенстве скоростей прямой и обратной реакций ( кинетическое условие равновесия ), при этом состав системы остается постоянным, а значение энергии Гиббса достигает минимального значения и со временем не изменяется ( DG = 0 - термодинамическое условие равновесия ). Основным законом химического равновесия является закон действия масс ( ЗДМ ), который в случае гомогенной реакции можно сформулировать следующим образом: отношение произведения равновесных концентраций ( парциальных давлений - для
Популярное: Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (414)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |