Напрямок перебігу хімічних реакцій

Здатність речовин до хімічної взаємодії називають хімічною спорідненістю. Мірою хімічної спорідненості є зміна вільної енергії Гіббса. Хімічна спорідненість визначається конкуруючим впливом ентальпійного (∆H) і ентропійного (T.∆S) чинників.

З рівняння ∆G = ∆H-T∆S випливає, що в залежності від співвідношення між ∆H і T∆S визначається знак зміни енергії Гіббса і можна встановити напрямок хімічних реакцій. Реакція самовільно відбувається в прямому напрямку, якщо ∆G<0 при Р=const і T=const. Зменшення енергії Гіббса супроводжується зростанням ентропійного (T∆S) і зменшенням ентальпійного (∆H) чинників.

Якщо ∆G>0 при P=const і T=const, то реакція в прямому напрямку самовільно не відбувається, тому що супроводжується збільшенням ентальпійного і зменшенням ентропійного чинників. Реакція можлива тільки в зворотному напрямку. Якщо ∆G=0 при P=const і T=const, то система знаходиться в стані рівноваги.

Можливі також три граничні випадки:

1. Т = 0; ∆S = 0 і (T∆S) = 0, тоді ∆G = ∆H. Реакція можлива при невисоких температурах, коли ∆H >> T∆S.

2. ∆H = 0, тоді ∆G =(-T∆S). Хімічна спорідненість визначається ентропійними змінами.

3. ∆G = 0, тоді ∆H = T∆S, що відповідає хімічній рівновазі.

Але для більшості процесів ентальпійний чинник (∆H) і ентропійний чинник (T∆S) не дорівнюють нулю.

Коли ∆H<<0 і T∆S>>0, здатність речовин до хімічної взаємодії максимальна. При ∆H>0 і T∆S<0, самовільно процес не відбува-ється.

В таблиці __ показана можливість (або неможливість) само-вільного перебігу реакції при різних комбінаціях знаків і .

Якщо для будь-якої реакції ∆H<0 (екзотермічна реакція), а ∆S>0, то з рівняння ∆G = ∆H-T ^. ∆S випливає, що ∆G<0. Це значить, що самовільний перебіг реакції можливий при будь-яких температурах.

Якщо ∆H<0 і ∆S<0, то реакція можлива за умови, що член ∆H більший за модулем, ніж член T∆S.

Оскільки абсолютне значення ентропійного чинника з ростом температури збільшується, то умова перебігу реакції буде виконуватись при досить низьких температурах. Отже, при низьких температурах найбільш імовірним є самовільний перебіг екзот-термічних реакцій, навіть якщо ентропія системи зменшується.

Як видно з таблиці 7, при високих температурах найбільш можливим є перебіг реакцій, які супроводжуються зростанням ентропії, в тому числі і ендотермічних.

Таблиця 7

Напрямок перебігу реакцій при різних знаках ∆H і ∆S

Знак зміни функції	Можливість (неможливість) самовільного перебігу реакції	Приклад реакції
∆H	∆S	∆G
-	+	-	Можливий при будь-яких температурах

продовження табл.7

+	-	+	Неможливий при будь-яких температурах
-	-		Можливий при досить низьких температурах
+	+		Можливий при досить високих температурах

Слід додати, що від’ємне значення ∆G тієї або іншої реакції вказує тільки на можливість її перебігу. Реакція може при цьому не спостерігатись через те, що швидкість її може бути дуже мала. Тоді, незважаючи на додержання умови ∆G<0, реакція практично не відбувається. У цих випадках для збільшення швидкості реакції слід підібрати каталізатор. Особливо часто це спостерігається при низьких температурах.

Дата добавления: 2015-05-24