Оглавление:
Химическое равновесие в смеси идеальных газон
- Использование термодинамики позволяет вывести многие важные соотношения, связанные с химическим равновесием. Здесь мы рассмотрим проблему равновесия химических реакций, протекающих в идеальной смеси газов. Рассмотрим идеальную смесь газов, которые могут вступать в реакцию между собой и занимать определенный объем. Предположим, что температура и давление смеси везде одинаковы, а сама смесь однородна (1 фаза).предполагается, что уравнения химических реакций, которые могут протекать в рассматриваемой смеси, известны.
Вам нужно найти отношение между концентрацией химического состава, давлением, и temperature. At на этот раз реакция прекращается и наступает равновесие. Чтобы применить условие термодинамического равновесия к этой задаче, необходимо знать формулу свободной энергии газовой смеси (если в качестве внешнего параметра выбрать давление, то это будет термодинамический потенциал), в которой могут происходить химические реакции друг с другом.
Постулат Кельвина: «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счёт охлаждения теплового резервуара». Людмила Фирмаль
При выводе формулы для свободной энергии газовой смеси при $ 46 предполагалось, что газы не реагируют химически друг с другом(в противном случае, если их смешать или разделить описанным в ней способом, то реакция произойдет, и сделанные выводы могут быть неточны). Однако можно подтвердить, что выведенная формула свободной энергии газовой смеси остается верной для газовой смеси, химически взаимодействующей друг с другом (в случае атомов химическое равновесие уже относится к системе, не находящейся в термодинамическом равновесном состоянии).
Дело в том, что многие термодинамически возможные химические реакции, связанные с уменьшением свободной энергии, на самом деле происходят только в присутствии определенного катализатора, количество которого зависит от Для смесей, в которых может происходить этот тип реакции, можно проводить газовую смесь без катализатора (процесс, противоположный рассматриваемому там разделению), и в то же время рассматривать газы как реагирующие друг с другом, так что все выводы 46 могут быть сохранены.
Таким образом, мы осуществляем полустатический переход в состояние химически неравновесной смеси. Рассуждения с введением катализатора играли ту же роль, что и в§ 29 и 30, с учетом дополнительного внешнего поля, которое создавало неравновесное состояние без равновесия этого поля. В других случаях можно представить введение замедленного отрицательного катализатора и удаление его после окончания перемешивания. Поэтому мы считаем, что формула для свободной энергии смеси (3.159) справедлива как для нереактивных газов, так и для газов, способных к химическим реакциям.
При решении задач химического равновесия естественно предположить, что заданы температура и давление (а не объем), и, соответственно, условие равновесия принимает вид: Φ(ρ, Γ, ηпη,…, u.) — min, p = const, Γ= const (3.173) необходимо найти минимальное значение термодинамического потенциала Φ С учетом возможного изменения числа молей (N mixturen, компонент смеси). Термодинамический потенциал равен Ф=Я+рУ. Учитывая, что F задано в Формуле (3.159), pV-это nRT. Где n =2ⁿi-общее количество родинок. = 2 ⁽ г ⁾ + RT 2LLG * M + RT, ⁿP + rtlⁿx * I- (3.174） Куда? (3.175） gK (T)= ^ + RT-YAG в flr = e * + flr-rj4 —- -ГIn In (ГГ) = * * — J J^ ^⁾⁾、（3.176）»= е * + * Г. (3.177.
Состояние равновесия является (3.178） Количество родинок p, PG, » должно быть изменено.«Нет. Она независима. ду является возможность смены дн… это связано с Само уравнение, возникающее из возможного химического уравнения в реакционной смеси. Поэтому, например, в реакции диссоциации на Н₂ и О₂ водяного пара Н₂О, это уравнение 2₂₂о = 2Н, + О₂. (3.179） Смесь состоит из 3 компонентов: Hi, О₂ и Н₂. n-концентрация H2, n-концентрация Og, n> — концентрация H2O. очевидно, что dn, drit и dn связаны соотношением dnJ2 =dn₂ / l = — dn,/ 2. В общем случае химическая реакция равна-v, G » + v, G’,>+… + v. G’ > = 0 (3.1-BenQ） .
Все члены уравнения перемещаются влево.) дн связан следующим соотношением: (3.181> Где ПА в любую минуту amount. So, состояние равновесия можно описать следующим образом: (3.182> (3.183> Куда? = = = — — — =++Г11pr+р1 1nX *. (3.184> Если вы назначаете (3.184) на (3.183)、 2V * (+1111pp +Г1ппп) = 0 Откройте кронштейн и примите его во внимание S v * в X * = 2 b X? = В(Xi’X?… Икс?). И затем… 2 + г. В П ^ * + Г. В(ХГ’х?… Икс?) = 0 (3.185> (3.186> (3.187> Мы получили закон настоящих новостей. Из Формулы (3.188), x? Х’*… Икс? = (3.188> Химия и др. (3.189>.
- Существует только функция температуры концентрации. Значение (3.189 в） Химическое равновесие называют постоянным. Давайте рассмотрим пример. Рассмотрим смесь газов, реагирующую по уравнению H₁+J₁= 2HJ. Перепишите в виде (3.180): (3.190） H. + J» — 2HJ- Мы получаем Государство (3.192） В этом случае= 0, k зависит только от температуры Тур и не полагайтесь на давление. Это, по-видимому, относится ко всем реакциям, в которых общее число молекул не изменяется. Реакция 2Н₂+о, — 2Н₂ = 0 если подумать заранее, то V, = 2, Vi-1, V» — 2 и » 1 * о-становится, условием равновесия в этом случае Х * Х,. （ го » рехрг (3.193）.
Равновесие изменяется с изменением давления, как правило, с повышением давления увеличивается количество недиссоциированного водяного пара. Некоторые из полученных нами соотношений легко выводятся из рассмотрения молекулярной динамики. Мы проанализируем реакцию типа J₂+H₂» 2HJ. Изменение числа молекул HJ в единицу времени при прямой реакции равно an, n. где n и n-концентрации J и H, respectively. In обратная реакция, изменение числа молекул HJ равно pn£. в этом случае реакция требует столкновения 2 молекул H, J2, и наоборот, 2 молекул W для прямой реакции. Таким образом, общее изменение количества молекул III (3.194） ^ — 0nj.
Однако Карно опирался на представления теории теплорода и не дал ясной формулировки второго начала термодинамики. Людмила Фирмаль
При равновесии dnjdt = 0, следовательно= 0 / a = f(T）、 Что согласуется с термодинамическим заключением Такой простой аргумент, включая динамику реакции、 Весь процесс реакции известен в деталях, это не всегда так, но термодинамический подход к получению условий химического равновесия требует только полной реакции Зная начальные количества всех химических веществ, участвующих в реакции: px, pg (s — количество этих веществ), и значение константы химического равновесия K, можно найти количество всех этих веществ в равновесии, P nr, p. In факт, Интеграл (3.181) дает уравнение 3-1.
С условием равновесия(3.189)： = К(П, Т）、 Приведем зависимость давления K и уравнение z для их определения Концентрационная зависимость ГК = ХК-Т Мы можем раскрыть физический смысл этого equation. To сделайте это, вспомните выражение g[ref (3.176)1： + ri * — специфический Кроме того, значение S =&H дает изменение энтальпии смеси в течение reaction. So, выражение (3.196) можно переписать следующим образом: МЛ НТ * (3.200） (3.201> Однако приращение энтальпии AE равно количеству тепла Q, полученного в ходе реакции (Dp = 0 so@ = AE).Инг. Q. ₖᵣt Вт’ .
Поэтому, когда тепловой эффект во время реакции становится больше、 Равновесие реакции будет более смещено в зависимости от изменения температуры. Выше диссоциации ГП, если приращение энтальпии ДА-ч,+ ч,-2 ч, и ч,+hₜ>2hₛ, то ДА>> 0 и XₜXₜ/ Х \ =К при повышении температуры. Если реакция сопровождается выделением тепла, то константа равновесия уменьшается с увеличением temperature. To полностью решить задачу химического равновесия, то есть найти количество всех компонентов в состоянии равновесия, необходимо, как уже говорилось выше, знать величину K. To для этого нужно знать температурную функцию, которая входит в индекс (3.189 а). — Т 2В * ДЖ-Т〜 (3.202.
Это значение зависит только от temperature. in в случае haws, ehtalpy fe является функцией только 7 дюймов. Поэтому вопрос расчета константы химического равновесия газа решается по формуле (3.202). Чтобы найти первую рвотную массу во входном2 * * & * » достаточно знать тепловой эффект реакции (количество тепла, поглощенного во время реакции*). на самом деле, как мы видели выше、 2 * » * » =ДЯ = С、 Таким образом, это значение может быть получено из термохимической калориметрии. 2-й вход 2 ′. Равен изменению энтропии D5 газовой смеси во время реакции (p-const), и если вы это заметите, то легко увидите Значит, я. БТ = дуг.
Вы не можете непосредственно определить значение D5 p » — константа, входящая в энтропию реакции gas. It следует подчеркнуть, что в этот термин входит изменение энтропии, а следовательно и константы равновесия, в процессе реакции. И из этого вовсе не следует, что любая константа энтропии системы не имеет физического смысла. Задача расчета величины АС и определения констант химических реакций является важнейшей задачей химической термодинамики. Эта задача решается методом статистической термодинамики, который учитывает квантовую теорию.
До разработки этих методов Нернст предложил эквивалентный метод вычисления химических констант в некотором смысле, начиная с ряда описаний, известных как»принцип Неллиста», полученных из опыта. ГДО п-количество Электроника. флольмв. Иилии. Эффект реакции (рассчитывается на каждые 1 моль）、 И [ ’ , −2’L, — garden2 4.Это указывает на то, что химическое равновесие газа всегда термодинамически устойчиво. Решение. Критерием устойчивости является положительный знак второй производной термодинамического потенциала(5 33). (Л * ФК. Т-2, в’В.
Смотрите также:
| Свободная энергия смеси идеальных газов | Уравнения Гамильтона. Фазовое пространство |
| Равновесие смеси идеальных газов в поле внешних сил | Теорема Лиувилля |
