Термодинамический анализ реакций синтеза.
Итак, при термодинамической оценке пригодности для синтеза какой-либо обратимой реакции необходимо, чтобы было отрицательным изменение энергии Гиббса реакции где Если для некоторой реакции К 1, то реакцию можно считать практически необратимой.
При значении К 1 ожидается достаточно большой выход продуктов, при К 1 реакция должна протекать в основном справа налево. Условие К 1 не означает, что реакция синтеза продукта не совершается, в этом случае необходимо вычислять равновесный выход продукта, хотя он может быть и мал. Уравнение, связывающее изменение энергии Гиббса реакции с константой равновесия можно записать в виде Подставив в это уравнение величины R 8,З1 10-3 кДжК моль и Т 298 К, получим G298 -2,3 8,31 10-3 298 ln K298 -5,70 ln K298. При значении K 107 реакция практически проходит до конца в прямом направлении, поэтому значение G 40 кДжмоль 5,7Мln107 5,7М7 40 можно считать в первом приближении границей возможности или невозможности самопроизвольного протекания реакции.
Если G реакции при данной температуре отрицательно и по модулю больше, чем 40 кДжмоль, то такая реакция может протекать в прямом направлении не только при стандартных, но и при любых других условиях.
Если же G реакции при данной температуре положительно и больше 40 кДжмоль, то такая реакция протекать самопроизвольно ни при каких условиях не может.
Если значение G реакции по абсолютному значению невелико, то при изменении условий процесс может протекать в том или ином направлении. В этом случае для решения вопроса о направлении самопроизвольного протекания реакции недостаточно определить знак и величину G, нужно рассчитать значение G0 реакции с учетом содержания во взятой смеси исходных и образующихся веществ. С помощью известных констант равновесия химических процессов можно решить два вопроса 1 предсказать направление самопроизвольной реакции при заданных условиях эксперимента и 2 при известных исходном составе системы и константе равновесия можно рассчитать равновесный состав смеси, максимально возможный выход продуктов, что важно для реакций синтеза.
Рассмотрим это на примере расчета газовых реакций.
При решении первого вопроса удобно ввести понятие кажущейся константы равновесия Q как отношения концентраций продуктов к концентрациям реагентов, но не обязательно относящееся к равновесным условиям. Для нахождения Q можно взять отношение, например, начальных концентраций компонентов C. Так, для реакции , Если имеется больше молекул исходных реагентов, чем должно быть при равновесии, то увеличение знаменателя в выражении для Q приводит к тому, что Q K, и реакция самопроизвольно пойдет в прямом направлении для образования большего количества продукта при Q К самопроизвольно протекает обратная реакция, а при Q К реагенты и продукты находятся в равновесии.
Определение выхода продуктов реакции проводят с использованием таких понятий, как степень диссоциации б, степень превращения г, число прореагировавших молей о. Степенью диссоциации б называют долю газа, распавшегося на продукты к данному моменту времени. Значение б можно вычислить для известного значения константы равновесия. Выразив б через Кр константа равновесия и давление компонентов P , получим Выражение степени диссоциации компонентов раствора. 3.