КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Уравнение изотермы химической реакции
При протекании химической реакции через некоторое время устанавливается равновесное состояние, когда скорости прямой и обратной реакции равны. Пусть в смеси идеальных газов протекает химическая реакция: аА + вВ = eЕ + lL, где а, в, е и l – число моль газообразных веществ А, В, Е и L, принимающих участие в реакции или стехиометрические коэффициенты. Пусть в реакцию вступило бесконечно малое количество вещества А (dnA); с ним прореагировало бесконечно малое количество вещества В (dnB). В результате реакции образовалось dnE и dnL моль веществ С и D. Так как количество исходных веществ в ходе реакции убывает, а продуктов увеличивается, то величины dnA и dnB отрицательны, а dnE и dnL – положительны. Тогда изменение энергии Гиббса при протекании указанного процесса равно Выразим количества моль прореагировавших веществ dnA, dnB, dnE, и dnL через стехиометрические коэффициенты уравнения реакции. Согласно уравнению реакции: с а моль вещества А реагирует в моль вещества В с dnA моль dnB, тогда . Аналогично можно выразить: ; Подставим в уравнение для dG: . Умножим левую и правую часть уравнения на а и поделим на dnA: Так как химический потенциал равен мольной энергии Гиббса , то , следовательно, Химический потенциал компонента реакционной смеси равен . Подставим в уравнение Обозначим сумму , Тогда . (3.1) где Δ G0 – изменение энергии Гиббса в стандартных условиях; pE, pL, pA, pB – рабочие (неравновесные) парциальные давления компонентов в реакционной смеси. Уравнение (3.1) называется уравнением изотермы химической реакции, При постоянных давлении и температуре общим условием термодинамического равновесия является Δ G = 0. Тогда парциальные давления компонентов становятся равновесными и из уравнения (3.1) следует, что
. Введем обозначение: , (3.2) где Кр – термодинамическая константа равновесия – величина постоянная для данной реакции при данной температуре. Термодинамическая константа равновесия является безразмерной величиной. Полученное уравнение (3.2) выражает известный закон действия масс: отношение произведения равновесных парциальных давлений продуктов реакции, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам к аналогичному произведению для исходных веществ при данной температуре есть величина постоянная. С учетом Кр получим , тогда константу равновесия реакции можно рассчитать по уравнению: . Кр не зависит от давления, так как связана с изменением энергии Гиббса в стандартных условиях, т.е. при р = 1 атм. Закон действия масс можно выразить не только через парциальные давления реагирующих веществ, но и через молярные концентрации (Кс) и мольные доли (Кх). Парциальное давление компонента системы связано с его молярной концентрацией и мольной долей уравнениями: , где xi – мольная доля i -го участника реакции; pобщ – общее давление реакционной смеси; сi – молярная концентрация i -го участника реакции. Тогда ; Константы Кх связаны Кр соотношением , где Аналогично Константа Kx зависит от общего давления реакционной смеси. Если реакция протекает в реальной системе, то вместо концентраций следует применять активности реагентов ai, а вместо парциальных давлений – фугитивности: ; , где - активность i-го участника реакции; γi – коэффициент активности; - фугитивность (летучесть) i-го участника реакции; γfi – коэффициент летучести. Если химическая реакция протекает с участием конденсированных веществ (твердых или жидких), то химический потенциал таких веществ зависит только от температуры и при Т = const является постоянной величиной. Поэтому парциальные давления конденсированных веществ постоянны и входят в значение Кр, а закон действия масс записывается только для газообразных участников реакции. Например, для реакции
СаСО3(тв) = СаО(тв) + СО2(г) закон действия масс имеет вид . Значения констант равновесия многих химических реакций при 298 К приведены в справочной литературе.
Дата добавления: 2013-12-11; Просмотров: 506; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |