6. Термодинаміка хімічної рівноваги

6.1. Рівняння ізотерми хімічної реакції aA + bB  eE + fF

Рівняння ізотерми хімічної реакції

В перший доданок входять нерівноважні значення парціального тиску компонентів, в другий – їх рівноважний тиск.

Рівняння ізотерми характеризує зміну енергії Гіббса при одному пробігу реакції в дуже великій системі при довільно заданому співвідношенні вихідних речовин та продуктів реакції.

За рівнянням ізотерми можна визначити напрям протікання самодовільних процесів.

За допомогою рівняння ізотерми можна визначити хімічну спорідненість різних речовин, тобто харак-теризувати їх здатність взаємодіяти між собою.

Стандартна хімічна спорідненість (стандартна енергія Гіббса) характеризує реакційну здатність хімічної системи при стандартних умовах. Для ідеальних газів таким стандартом є P_i = 1 всіх учасників реакції.

7. Залежність константи рівноваги від температури

Продиференціюємо рівняння ізотерми за температурою при сталому парціальному тиску компонентів суміші газів (P_i = const), а потім підставимо значення похідної, а також значення енергії Гіббса з рівняння ізотерми в рівняння Гіббса-Гельмгольца.

7.1. Рівняння ізобари хімічної реакції або рівняння Вант-Гоффа

7.2. Рівняння ізохори хімічної реакції

Рівняння Вант-Гоффа дозволяють передбачити та оцінити залежність К_р від температури.

8. Універсальний принцип зсуву рівноваги Ле-Шательє – Брауна

Якщо на систему, яка знаходиться в стані рівноваги, чинить дію зовнішній вплив, то в системі виникає самодовільний процес, який компенсує цей вплив.

За принципом Ле-Шательє – Брауна підвищення температури зміщує рівновагу в сторону ендотермічної реакції.

З підвищенням температури рівновага реакції повинна зсунутися таким чином, щоб послабити вплив температури. Таким процесом у даному випадку буде розпад аміаку на азот та водень.

За принципом Ле-Шательє – Брауна підвищення тиску зміщує рівновагу в системі у напрямку зниження тиску.

Хімічна реакція отримання аміаку протікає зі зменшенням об’єму, з 4 моль азоту та водню утворюється тільки 2 моль аміаку. При підвищенні тиску хімічна рівновага зміщується праворуч, аби послабити зовнішню дію.

Для реакції, яка йде зі збільшенням числа молів газоподібних речовин (ΔV>0) підви-щення тиску зменшує К_р, а відповідно, і кількість продуктів.

Для реакції, яка йде із зменшенням числа молів газоподібних речовин (ΔV<0) підви-щення тиску приводить до збільшення К_р, тобто вихід продуктів збільшується.

Якщо число молів газоподібних речовин в ході реакції не змінюється (ΔV = 0), то К_р не залежить від тиску.

9. Умови гетерогенної хімічної рівноваги

Гетерогенними називаються реакції, в яких реагенти знаходяться в різних фазах.

Розглянемо систему, що складається з двох фаз α і β, в кожній з яких міститься і компонентів, число молів яких складає ν^α_і та ν^β_і.

Припустимо, що при T = const, p = const внаслідок хімічної реакції деяка дуже мала кількість компоненту і dν_i переходить з фази α в фазу β.

Знайдемо загальну зміну вільної енергії Гіббса гетерогенної системи в умовах рівноваги

Основна умова гетерогенної хімічної рівноваги:

хімічні потенціали і-того компоненту системи в різних фазах рівні між собою, один з термодинамічних потенціалів має мінімальне значення та максимальне значення ентропії всієї системи при відповідних умовах.