Вопрос 33): энергия Гиббса, анализ уравнения Гиббса.

СэГ - это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции и дающая таким образом ответ на вопрос о принципиальной возможности протекания химической реакции; это термодинамический потенциал следующего вида: G=U+pV-TS, dG=dH-TdS.

(dH<0,dS>0 – dG<0) – реакция самопроизв., (dH>0,dS<0 – dG<0) – реакция не идет, (dH<0,dS<0 – dG<0) – реакция идет T<<, (dH>0,dS>0 – dG<0) – реакция идет Т>>.

Существует полезное соотношение, связывающее изменение свободной энергии Гиббса   в ходе химической реакции с её константой равновесия  :

Вообще говоря, любая реакция может быть рассмотрена как обратимая (даже если на практике она таковой не является). При этом константа равновесия определяется как

где   — константа скорости прямой реакции,   — константа скорости обратной реакции

Вопрос 34): скорость химических реакций. Следствия из законов Гесса.

Скорость химической реакции — изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства. Является ключевым понятием химической кинетики. Скорость химической реакции — величина всегда положительная, поэтому, если она определяется по исходному веществу (концентрация которого убывает в процессе реакции), то полученное значение умножается на −1.

Скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна концентрациям реагентов, возведенным в степени, равные их стехиометрическим коэффициентам.

Закон действующих масс – 2A+3B=4D+5C -> Vпрямой=Кпрямой*[A]^2*[B]^3, Vобратной=Кобратной*[D]^4*[C]^5.

Константа скорости реакции (удельная скорость реакции) — коэффициент пропорциональности в кинетическом уравнении.

Физический смысл константы скорости реакции k следует из уравнения закона действующих масс: k численно равна скорости реакции при концентрации каждого из реагирующих веществ равной 1 моль/л.

Вопрос 34),35): факторы, влияющие на скорость хим. Реакции. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Энергия активации.

Факторы: 1) концентрация, влияние из ЗДМ – 2A+3B=4D+5C -> Vпрямой=Кпрямой*[A]^2*[B]^3, Vобратной=Кобратной*[D]^4*[C]^5 2) дисперсность в гетер. Реакциях 3) агрегатное состояние – если вещества в одном агр. состоянии (жидком) реакция идет быстрее (взаимодействие по всему объему) 4) давление (парциальное) – O₂ + 2CO -> 2CO₂ Vпрямой= Kпрямой*P_o2*P_co^2, Vобратной=Кобратной*P_co2^2 5) температура – Уравнение Fррениуса: К= А(число эл. Соударений)*exp(-Ea/(R*T)), правило Вант-Гоффа V2=V1*коэф(2-4)^(dT/10)

Энергия активации (Ea) - минимальное количество энергии, которое требуется сообщить системе (в химии выражается в джоуляхна моль), чтобы произошла реакция. Частицы, обладающие таким и большим запасом энергии, называют активными. Например, для зажигания спички ее предварительно нагревают посредством трения, а для зажигания смеси бензина с воздухом в автомобильном двигателе используется энергия искры. Активные частицы могут образовать при столкновении промежуточную неустойчивую группировку, находящуюся в состоянии перераспределения связей, называемую активированный комплекс, при дальнейшем превращении которого образуются продукты реакции (теория активации Аррениуса).

Э нергию активации можно рассматривать как некую пороговую энергию, которую должны приобрести молекулы реагентов, чтобы преодолеть определенный энергетический барьер. Таким образом, Е_а равна разности между средней энергией реагирующих частиц и энергией активированного комплекса. Е_а определяется природой реагентов. Значение Е_а колеблется в пределах от 0 до 400 кДж. Если значение Е_а превышает 150 кДж, то такие реакции при температурах, близких к стандартной, не протекают. Влияние температуры на скорость реакции тем сильнее, чем больше величина Е_а. Реакции с высокими Е_а при низких температурах протекают с малыми скоростями, однако, влияние температуры на скорость таких реакций более значительно. Схема, приведенная на рис 5.5, поясняет эти представления.

Уравнение Аррениуса устанавливает зависимость константы скорости химической реакции от температуры .

Согласно простой модели столкновений химическая реакция между двумя исходными веществами может происходить только в результате столкновения молекул этих веществ. Но не каждое столкновение ведёт к химической реакции. Необходимо преодолеть определённый энергетический барьер, чтобы молекулы начали друг с другом реагировать. То есть молекулы должны обладать некой минимальной энергией (энергия активации ), чтобы этот барьер преодолеть. Из распределения Больцмана для кинетической энергии молекул известно, что число молекул, обладающих энергией , пропорционально . В результате скорость химической реакции представляется уравнением, которое было получено шведским химиком Сванте Аррениусом из термодинамических соображений:

Здесь характеризует частоту столкновений реагирующих молекул,

Правило Вант-Гоффа — при повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два-четыре раза.

Уравнение, которое описывает это правило, следующее:

где   — скорость реакции при температуре  ,   — скорость реакции при температуре  ,   — температурный коэффициент реакции (если он равен 2, например, то скорость реакции будет увеличиваться в 2 раза при повышении температуры на 10 градусов).