Capacitatea substanțelor de a intra într-o reacție chimică se numește afinitate chimică. Începutul teoriei moderne a afinității termodinamice a fost stabilit de W. Gibbs și H. Helmholtz. și J. Vant-Hoff au dezvoltat această teorie și au fundamentat-o matematic.
Afinitatea chimică depinde de natura, temperatura și concentrația substanțelor care reacționează, iar pentru gaze - asupra presiunilor. Ca o măsură a afinității chimice la o anumită temperatură T ia potențial izobară-izotermă schimbare (energia Gibbs) sau potențial izocoră-izotermă (energie Helmholtz).
Într-un sistem închis cu U = const și V = const, un proces spontan are loc cu entropia în creștere și este în consecință însoțit de o scădere a energiei Gibbs sau a energiei Helmholtz. Prin urmare, urmează principiul formulat de Vant-Hoff că munca maximă utilă a unei reacții chimice este o măsură a afinității chimice.
Pentru a găsi operația maximă a reacției, procesul trebuie să fie reversibil termodinamic la temperatură și presiune constante. Să luăm în considerare reacția deja cunoscută:
care curge în faza gazoasă și fiind la un moment dat într-o stare de neechilibru. Participanții la reacție se caracterizează prin presiuni parțiale de echilibru: pA. Pb. pD. pR și potențiale chimice: μA. μB. μD. μR.
Pentru reacția termodinamic reversibilă trebuie să ia o astfel de cantitate de reactanți la o dispariție mol substanță A, b mol de substanță B și molilor aspectul d de substanță D și r moli de substanță R nu modifică semnificativ starea reacției.
În aceste condiții, reacția va continua foarte încet, astfel încât orice stare a sistemului să nu difere prea mult de starea de echilibru. În consecință, o descriere cantitativă a sistemului poate fi efectuată prin metode termodinamice.
Deoarece reacția are loc la p = const și T = const (condiții inițiale), în acest caz energia Gibbs este funcția caracteristică. a cărei schimbare în tranziția de la o stare de echilibru (inițial) la o stare de echilibru (finală) este determinată de condiția:
Vom înlocui și. valorile lor și scriem schimbarea totală G în procesul acestei tranziții (starea de echilibru → starea de echilibru):
Având în vedere că = - RT lnKp, din ecuația pe care o obținem
Munca maximă utilă a reacției
A '= - G → A' =
Dacă reacția are loc la T = const și V = const, atunci
Aceste relații termodinamice sunt numite ecuațiile izotermei reacției chimice (izotermul van't-Hoff). În ele, Kc și Kp sunt constantele de echilibru ale reacției la temperatură; C și p sunt concentrațiile și presiunile de non-echilibru ale substanțelor care reacționează.
Izotermele reacție chimică a fost lăsat să se determine în ce direcție și în ce măsură caracterizată printr-o reacție de echilibru chimic se poate proceda în aceste condiții. Cu aceste ecuații, se poate determina ce trebuie să fie temperatura și compoziția amestecului de alimentare, reacția are loc în direcția dorită și cu un anumit randament. Valorile calculate ale semnului „-“ indică posibilitatea apariției unei reacții spontane în față în timp ce semnul „+“ indică faptul că reacția poate avea loc spontan, dar în direcția opusă.
În practică, afinitatea chimică standard este adesea folosită. Sub condiția că presiunile parțiale ale tuturor substanțelor pA = pB = pD = pR = 1 atm, obținem din ecuația
unde este energia Gibbs, când presiunea parțială a tuturor componentelor amestecului de gaz de reacție este de 1 atm.
În mod similar, la T = const și V = const
Comparând G 0 și F 0 cu diferite substanțe, se poate obține o caracteristică a gradului de îndepărtare a acestora de la starea de echilibru la ci = 1 mol / l sau pi = 1 atm.
Cu cât sunt mai mari valorile negative ale lui G 0 sau F 0. cu cât este mai mult K și cu cât reacția se desfășoară mai complet. Dacă G 0 (sau F 0) este o cantitate mare pozitivă, atunci constanta de echilibru este mică și echilibrul este puternic mutat către substanțele inițiale.
Folosind valoarea G 0 (sau F 0), nu trebuie să uităm că arată direcția reacției la valori complet determinate ale presiunilor parțiale ale substanțelor gazoase. Valorile numerice ale lui G 0 din literatura de referință se referă de obicei la temperatura standard (298 K).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: