Химическое сродство как мера реакционноспособности системы. Изотерма Вант-Гоффа.
Химическое сродство как мера реакционноспособности системы. Изотерма Вант-Гоффа. - раздел Химия, Термодинамика и законы разбавленных растворов. Понижение давления пара растворителя над раствором. Закон Рауля Способность Различных Веществ Взаимодействовать Между Собой С Образованием Но...
Способность различных веществ взаимодействовать между собой с образованием новых веществ была замечена давно и сначала называлась реакционноспособностью веществ, а позже получила название химического сродства. Химическим сродствомназывается способность различных веществ вступать в химическое взаимодействие между собой.
Долгие годы оставался открытым вопрос, что может служить мерой химического сродства. Решение проблемы было осуществлено с помощью термодинамики, хотя были попытки объяснить химическое сродство сначала скоростью химической реакции, затем величиной теплового эффекта. Вант-Гофф в качестве меры химического сродства предложил использовать максимальную работу, т. е. изменение свободной энергии Гельмгольца, если реакция протекает при постоянном объёме:
Wv = -DF,
или изменение свободной энергии Гиббса, если реакция протекает при постоянном давлении:
Wp = - DG.
Оба термодинамических потенциала удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым величине, характеризующей химическое сродство по следующим причинам:
1) Оба потенциала не зависят от пути реакции, а зависят только от исходного и конечного состояний.
2) Знак DG и DF определяет направление реакции.
3) Wv и Wp представляют собой величину энергии, которую нужно приложить к системе, чтобы остановить реакцию, т. е. преодолеть силы химического сродства.
4) По величине DG и DF можно определить константу равновесия.
Предположим протекает реакция по схеме:
аА + вВ Û dD + eE.
Если все участники реакции находятся в газообразном состоянии и подчиняются законам идеальных газов, то уменьшение изобарного потенциала, которое будет наблюдаться при обратном протекании реакции до состояния равновесия при Р и Т = const, может быть представлено уравнением, которое называется изотермой Вант-Гоффа:
Wр = - DG = RT(lnKp - ln ), (1)
где Р’А, Р’В, Р’E, Р’D – неравновесные парциальные давления участников реакции; а, в, d, е – стехиометрический коэффициент; Т – абсолютная температура, К; R – универсальная газовая постоянная.
Это уравнение показывает, какую работу совершает система при переходе из начального неравновесного состояния в конечное равновесное.
Если реакция осуществляется в идеальном растворе при V и Т = const, то изотерма Вант-Гоффа имеет вид:
Wv = - DF = RT(lnKc - ln ). (2)
где С’А, С’В, С’D, C’E - неравновесные концентрации участников реакции.
Изменение термодинамических потенциалов (DG, DF) системы в процессе реакции является количественной мерой химического сродства, которая определяется убылью свободной энергии Гиббса при Р = const (Wp = - DG), и убылью свободной энергии Гельмгольца при V = const (Wv = -DF).
Уравнения (1) и (2) указывают на возможность изменения направления процесса путём варьирования исходного неравновесного состава реакционной смеси, поэтому расчёт величин DG и DF позволяет оценить термодинамическую возможность протекания реакции в прямом направлении:
Если Wр > 0 (DG (DF) < 0) - реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении;
Если Wp < 0 (DG (DF) > 0) - реакция самопроизвольно идти не может (для её прохождения необходим подвод энергии);
Если Wр = 0 (DG (DF) = 0) - система находится в состоянии равновесия.
Первой закон термодинамики основные формулировки и математическое выражение первого закона термодинамики Применение его к термодинамическим... Теплоемкость Виды теплоемкости Связь между средней и истинной... Закон Гесса и следствия из него Применение первого закона термодинамики к химическим процессам Связь между qp и...
Работа расширения идеальных газов
Идеальный газ – это газ для идеализированной системы, состоящей из частиц, собственный объем которых мал по сравнению со всем объемом системы, и которые находятся в непрерывном хаотическом д
Работа расширения идеального газа.
Учитывая выведенное раннее разделение полной работы процесса на работу расширения и полезную работу (см. 1.6 и 1.10), математическое выражение первого закона термодинамики (2.3) можно представить в
Теплоемкость
Теплоемкостью называется количество теплоты, необходимое для нагревания данной массы вещества на один градус.
Различают удельную и мольную теплоемко
Температурная зависимость теплоемкости от температуры.
Температура значительно влияет на величину теплоёмкости и это влияние различно в различных температурных интервалах. Температурную теплоёмкость можно схематично рассмотреть на графике.
Закон Гесса
В 1836 г. Г. И. Гесс открыл основной закон термохимии, который является частным случаем первого закона термодинамики применительно к химическим реакциям, протекающим в изохорных или изобарных услов
Зависимость теплового эффекта от температуры.
Рассмотрим зависимость теплоты процесса от температуры. Для этого возьмем частные производные от приращения функций из уравнений теплоемкости и :
; ,
где , - изменение теплоемкост
Обратимые и необратимые процессы
Все процессы, в которых один вид энергии преобразуется в другой, строго подчиняются первому закону термодинамики. Однако этот закон ничего не говорит о направлении процесса. Так первому закону не п
Второй закон термодинамики, его формулировки
Все процессы, происходящие в окружающем нас мире, можно разделить на три группы:
· процессы, для совершение которых требуется затрата работы извне;
· процессы, для совершения кото
Цикл Карно
Сущность ограничений, налагаемых вторым законом на превращение теплоты в работу, можно пояснить на примере действия идеальной машины (машина работает без трения и без потерь тепла, а под рабочим те
Энтропия как мера неупорядоченности системы.
Энтропия (S) – это мера неупорядоченности движения материи или мера деградации (рассеянности) энергии.
Всякая система со временем переходит из неравновесного состоя
Свободная и связанная энергия.
Свободная энергия Гиббса (G)есть та работа, которую могло бы совершить тело в обратимом изотермическом процессе, или свободная энергия есть максимальная
Признаки равновесных состояний.
Истинное химическое равновесие характеризуется следующими признаками:
1) В момент равновесия скорости прямой и обратной реакции равны, а концентрации всех участников реакции остаются неизм
Нормальное химическое сродство.
Для того, чтобы можно было сравнивать сродство различных веществ, было введено понятие нормального химического сродства. К уравнению нормального химического сродства легко перейти
Новости и инфо для студентов