32. Изотерма химической реакции Вант-Гоффа.

Изменение _rG или _rF в химической реакции при заданных (не обязательно равновесных) парциальных давлениях P_i или концентрациях C_i компонентов можно рассчитать по уравнению изотермы химической реакции (изотермы Вант-Гоффа):

.

.

33

33. Различные константы равновесия и связь между ними. Химическое равновесие в идеальных и реальных системах.

Химическим равновесием называется такое состояние обратимой химической реакции

aA + bB = cC + dD,

при котором с течением времени не происходит изменения концентраций реагирующих веществ в реакционной смеси. Состояние химического равновесия характеризуется константой химического равновесия:

,

где C_i – концентрации компонентов в равновесной идеальной смеси.

Константа равновесия может быть выражена также через равновесные мольные доли X_i компонентов:

.

Для реакций, протекающих в газовой фазе, константу равновесия удобно выражать через равновесные парциальные давления P_i компонентов:

.

Для идеальных газов P_i = C_iRT и P_i = X_iP, где P – общее давление, поэтому K_P, K_C и K_X связаны следующим соотношением:

K_P = K_C (RT) ^c+d–a–b = K_XP ^c+d–a–b.

Константа равновесия связана с _rG^o химической реакции:

В случае идеальных р-ров вместо активностей компонентов используют их молярные доли x_i.

где k₁ и k_-1 - константы скорости прямой и обратной р-ций.

34

34. Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнение изобары (изохоры) Вант-Гоффа в дифференциальной и интегральной форме. Принцип Ле Шателье.

Согласно принципу Ле Шателье, если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие, то равновесие сместится так, чтобы уменьшить эффект внешнего воздействия. Так, повышение давления сдвигает равновесие в сторону уменьшения количества молекул газа. Добавление в равновесную смесь какого-либо компонента реакции сдвигает равновесие в сторону уменьшения количества этого компонента. Повышение (или понижение) температуры сдвигает равновесие в сторону реакции, протекающей с поглощением (выделением) теплоты.

Количественно зависимость константы равновесия от температуры описывается уравнением изобары химической реакции (изобары Вант-Гоффа)

и изохоры химической реакции (изохоры Вант-Гоффа)

.

Интегрирование уравнения в предположении, что _rH реакции не зависит от температуры (что справедливо в узких интервалах температур), дает:

где C – константа интегрирования. Таким образом, зависимость ln K_P от 1/Т должна быть линейной, а наклон прямой равен – _rH /R.

Интегрирование в пределах K₁, K₂, и T_1, T₂ дает:

По этому уравнению, зная константы равновесия при двух разных температурах, можно рассчитать _rH реакции. Соответственно, зная _rH реакции и константу равновесия при одной температуре, можно рассчитать константу равновесия при другой температуре.

35

35. Движение ионов в растворе. Удельная и эквивалентная электропроводность. Электропроводность растворов электролитов

Электропроводность ("Каппа") раствора - величина, обратная его сопротивлению R, имеет размерность Ом^-1. Для проводника постоянного сечения

,

где - удельное сопротивление; S - площадь сечения проводника; l - длина проводника; - удельная электропроводность.

Удельной электропроводностью ("каппа") раствора называется электропроводность слоя раствора длиной 1 см, заключенного между электродами площадью 1см². Она выражается в Ом^-1. см^-1. В системе СИ удельная электропроводность измеряется в Ом^-1. м^-1.

Эквивалентной электропроводностью ("лямбда") называется электропроводность такого объема раствора, в котором содержится 1 г-экв растворенного вещества; при условии, что электроды находятся на расстоянии 1 см друг от друга, она выражается в Ом^-1. см^2. г-экв^-1.

,

где V = 1/C - разведение (или разбавление) раствора, т.е. объем, в котором содержится 1 г-экв растворенного вещества, а C - эквивалентная концентрация (нормальность) раствора. В системе СИ эквивалентная электропроводность выражается в Ом^-1. м^2. кг-кв^-1.

Эквивалентная электропроводность растворов электролитов возрастает с ростом разбавления раствора и при бесконечном разбавлении (т.е. при бесконечно малой концентрации) достигает предельного значения ^0. которое называется эквивалентной электропроводностью раствора при бесконечном разведении.

В разбавленных растворах сильных электролитов выполняется эмпирический закон Кольрауша (закон квадратного корня):

,

где и ⁰ - эквивалентная электропроводность раствора при концентрации С и при бесконечном разведении, A - константа (при данной температуре) для данного электролита и растворителя.

В растворах слабых электролитов и ⁰ связаны со степенью диссоциации электролита уравнением Аррениуса:

.

Кроме того, выполняется закон разведения Оствальда, который для бинарного электролита записывается следующим образом:

,

где K - константа диссоциации слабого электролита.

Электропроводность электролитов связана со скоростями движения ионов в р-ре. Скорость движения v_i [м^.с^-1] иона в р-ре пропорциональна напряженности приложенного электрического поля E [В^.м^-1]:

v_i = u_iE.

Коэфф. пропорциональности u [м^2. с^-1. В^-1] называется абсолютной подвижностью иона.

Произведение u_iF (F - постоянная Фарадея) называется подвижностью иона _i[Ом^-1. м^2. кг-экв^-1]:

_i = u_iF.

Подвижность иона при бесконечном разбавлении называется предельной подвижностью иона и обозначается _i⁰. Предельные подвижности _i⁰ некоторых ионов в водном растворе [Ом^-1. см^2. г-экв^-1] приведены в Таблице 10.1.

Согласно закону Кольрауша о независимой миграции ионов, эквивалентная электропроводность раствора при бесконечном разведении равна сумме предельных подвижностей катионов и анионов:

⁰ = ⁰₊ + ⁰_-.

Доля тока, переносимая данным ионом, называется числом переноса t_i иона:

,

причем по определению .

Согласно закону Стокса, предельная подвижность ⁰ иона с зарядом z и радиусом r в растворителе с вязкостью h описывается формулой:

,

где e - элементарный заряд, F - постоянная Фарадея.

Из этого уравнения следует правило Вальдена-Писаржевского, согласно которому для любого иона или электролита:

.

36