3.2. Уравнение изотермы химической реакции

Направление самопроизвольного протекания реакции можно определить по уравнению изотермы химической реакции. Для реакции, протекающей при уравнение записывается:

, (4)

где – исходные (неравновесные) парциальные давления реагирующих веществ.

Если ( ), то процесс протекает самопроизвольно в сторону образования продуктов реакции, если ( ), то процесс протекает в сторону образования исходных веществ, при ( ) в системе равновесие.

Т ак как , то можно записать уравнение максимальной работы процесса

. (5)

Аналогично для реакции, протекающей при :

;

,

где – исходные (неравновесные) концентрации реагирующих веществ.

Абсолютные значения ( ) показывают, насколько далека система от состояния равновесия. Чем меньше ( ), тем ближе система к состоянию равновесия. Если ( ), то система находится в состоянии равновесия. Поэтому величины ( ) или называют мерой химического сродства.

Для приближенной оценки направления протекания химической реакции применяют стандартную энергию Гиббса или стандартное химическое сродство – энергию Гиббса при парциальных давлениях реагирующих веществ, равных единице :

. (6)

Аналогично для реакции, протекающей при :

. (7)

3.3. Уравнения изобары и изохоры химической реакции. Тепловая теорема нернста-Планка

Влияние температуры на константу химического равновесия характеризуется уравнениями изобары и изохоры химической реакции.

Е сли реакция протекает при , то

– уравнение изобары химической реакции. (8)

Если реакция протекает при , то

– уравнение изохоры химической реакции. (9)

Уравнения изохоры и изобары позволяют прогнозировать изменение ( ) при изменении температуры. Знак производной, стоящей в левой части уравнений, а, следовательно, и направление изменения константы равновесия при изменении определяется знаком теплового эффекта химической реакции. Если реакция эндотермическая ( ), то с увеличением температуры возрастает, если реакция экзотермическая ( ), то убывает.

Разделим переменные в уравнении изобары

.

П роинтегрируем уравнение в небольшом интервале температур, считая, что не зависит от температуры:

. (10)

Применяя полученное уравнение, можно рассчитать тепловой эффект реакции, если известны значения констант равновесия в узком интервале температур.

5. Химическая кинетика

Химическая кинетика – наука о скорости протекания химической реакции.

Скорость химической реакции – изменение концентрации одного из реагирующих веществ в единицу времени.

Поскольку в реакциях вещества участвуют в стехиометрических соотношениях, за скорость реакции может быть принята производная от концентрации любого из реагирующих веществ по времени:

, (1)

где – концентрация исходных веществ; – время.

Концентрация исходных веществ убывает, поэтому перед производной стоит знак минус.

Е сли в качестве одного из реагирующих веществ выбран продукт реакции, то

. (2)

Скорость реакции в момент времени равна тангенсу угла наклона касательной, проведенной к кривой зависимости в точке, соответствующей времени :

.