Химические реакции.

Перенос вещества из одной фазы в другую это простой пример химической реакции. В общем же, в почвах соединения не только перераспределяются между фазами, но и превращаются в другие вещества. Типичным примером такого рода может быть реакция

СаС1₂ (aq) + Na₂CO₃ (aq) = СаСО₃ (s) + 2NaCl (aq), (8.16)

где предполагается, что реагенты всегда записывают в левую часть, а продукты реакции — в правую. Если на основе уравнения (8.16) рассмотреть бесконечно малый процесс, можно определить параметр d—степень полноты превращения, тогда d/dt представит собой скорость реакции , причем будут выдкрживаться стехиометрические соотношения

dn (CaCl₂) = - d = dn(Na₂CO₃),

dn(NaCl) = 2 d, dn(CaCO₃) = d. (8.17)

где n(CaCl₂) —число молей CaCl₂ (aq) и т. д.; положительные или отрицательные числа, стоящие перед d в уравнении (8.17),— стехиометрические коэффициенты реакции (8.16). По условию, эти коэффициенты положительны для продуктов реакции и отрицательны для реагентов.

Рассмотрим теперь находящуюся в тепловом и механическом равновесии почвенную термодинамическую систему, в которой как бесконечно малый процесс происходит реакция (8.16). Предпола­гая, что никаких других химических реакций не происходит, изменение внутренней энергии в такой почве можно описать следующим уравнением:

dUs, =  (CaCl₂) dn (CaCl₂) +  (Na₂CO₃) dn (Na₂CO₃) +  (СаСО₃) dn (CaCO₃) +  (NaCl) dn (NaCl),

откуда следует, что химические потенциалы выражены в джоулях на моль. Это выражение с помощью уравнения (8.17) можно представить в более компактной форме

dU_S = [2 (NaCl) +  (СаСО₃) -  (СаСl₂) -  (Na₂CO₃)] d (8.18)

Если первоначально почва находилась в равновесном состоянии, массообмен d — виртуальный процесс, и уравнение (8.18) подчинено условию dU = O. Поскольку d. — произвольный беско­нечно малый параметр, условие химического равновесия принимает вид

2 (NaCl) +  (СаСО₃) —  (СаС!₂) —  (Na₂CO₃) = 0. (8.19)

Уравнение (8.19)—условие, налагаемое на химические потенциалы реакцией (8.16).

Проведенному обсуждению можно придать вполне общий характер, записав вместо уравнения (8.16) произвольное выражение для химической реакции

Σ_iv_iA_i = 0 (8.20)

где A_i обозначает вид химического соединения, a v_i — стехиометрический коэффициент. На уравнение (8.20) налагается условие v_i >0 для продукта реакции, v_i <0 — для реагента. Обобщенное уравнение (8.18) тогда принимает вид

dU_S = Σ_iv_i (A_i) d

а условие химического равновесия определяется выражениями

Σ_iv_i (A_i) = 0 (8.21)

Уравнение (8.21) — прямой результат применения первого и второго законов к химической реакции и является важнейшим теоретическим выражением в термодинамическом анализе почвенных растворов.