Химический потенциал компонента

ЛЕКЦИЯ 20. УРАВНЕНИЕ ИЗОТЕРМЫ И ИЗОБАРЫ РЕАКЦИИ. ХИМИЧЕСКОЕ СРОДСТВО И ЕГО МЕРА.

20.1. Химический потенциал компонента.

20.2. Уравнение изотермы.

20.3. Термодинамический подход к химическому равновесию.

20.4. Химическое сродство.

20.5. Уравнение изобары. Влияние температуры на химическое равновесие.

При протекании многих процессов количество молей компонентов в системе во время процесса меняется. Так, например, при протекании гомогенной химической реакции количество исходных веществ уменьшается, а продуктов реакции увеличивается. При фазовых переходах компонент переходит из одной фазы в другую и в одной фазе количество этого компонента уменьшается. Таким образом, количествоn₁, n₂,n₃, …, n_i компонентов в системе (или фазе) могут быть переменными.

При изменении количества веществ во время процесса энергия Гиббса представляет собой функцию не только температуры и давления, но и их количества:

G=f(T, p, n₁, n ₂, …, n _i). (4.1)

Согласно второму закону термодинамики, направление термодинамического процесса определяется убылью термодинамического потенциала системы. В замкнутой системе при Т=соnst и Р=соnst изменение его возможно лишь при изменении состава системы, т.е. в результате химических превращений. Следовательно, любой самопроизвольный химический процесс сопровождается убылью термодинамического потенциала системы и глубина протекания этого процесса может быть количественно охарактеризована величиной его убыли. Для выявления изменения термодинамического процесса, воспользуемся понятием химического потенциала компонента -

химическим потенциалом µ_i компонента i называется изменение термодинамического потенциала системы, происходящее в результате изменения массы этого компонента в системе на 1 моль при постоянстве числа моль остальных компонентов и соответствующих параметров состояния системы.

Из определения следует, что химический потенциал компонента µ_i - это парциальная гиббсова энергия системы, приходящаяся (отнесённая) на 1 моль её компонента i. Если в системе содержится n₁ моль данного компонента, то:

G_i = n_iµ_i (4.2)

Тогда энергия Гиббса всей термодинамической системы, представленной идеальной газовой смесью из k компонентов, согласно закону Дальтона, равна сумме парциальных энергий Гиббса её компонентов

G=G₁+G₂+….+G_k (4.3)

или воспользовавшись выражением (4.2)

G=n₁µ₁+ n ₂µ₂+….+ n_kµ_k =∑ n_iµ_i (4.3a)

Установлено, что химический потенциал компонента зависит от температуры системы, природы компонента и его содержания (концентрации) в системе. Так, для компонента идеальной газовой смеси имеем

µ_i= + RT 1n a _i (4.4)

где – стандартный химический потенциал компонента i по относительному давлению; a _i – относительное парциальное давление компонента i в системе.

(Относительное давление – единица измерения давления. Она представляет собой отношение абсолютного давления к значению нормального (стандартного) атмосферного давления и является величиной отвлечённой:

a=P_абс. / 101325 и P_абс.=а101325,Па).

Стандартный химический потенциал - это предел, к которому стремится химический потенциал компонента при приближении его содержания в системе (относительного парциального давления, концентрации, мол. доли и т.п.) к единице:

Iim µ_i = Iim (µ_i^o+RT In a_i) = µ_i^o

Если состав системы выразить в моль/м³, то (4.4) примет вид

= +RT In c_i (4.4a)

где µ_i^o – стандартный химический потенциал компонента i по концентрации;

c_i - концентрация компонента i в системе.

Если состав системы выразить в мол. долях, то

µ_i^”=µ_i^o”+RT In x_i (4.4б)

где µ_i^o” – стандартный химический потенциал компонента i по мол. доле;

х_i-мол. доля компонента i в системе.

Следует отметить, что, если состав системы выражен в единицах давления или в моль/м³, то стандартный химический потенциал компонента зависит от его природы и температуры системы:

µ_i^o=ƒ(T) и µ_i^o’=ƒ^’(T) (4.5)

Если же состав смеси выражен в мол. долях, то химический потенциал компонента зависит от его природы, температуры и давления системы:

µ_i^o”=ƒ(T,P) (4.5а)

Иными словами µ_i^o и µ_i^o’ не зависят от давления системы.

Дата добавления: 2014-01-04