20. Поняття про оборотні хімічні реакції та хімічну рівновагу

Вчення про рівновагу базується на хімічній термодинаміці і кінетиці. Багато хімічних реакцій не можуть протікати до повного перетворення реагентів у продукти реакції. В таких випадках через певний час концентрації реагентів перестають змінюватись і в системі встановлюються постійні концентрації початкових речовин і продуктів реакції - настає хімічна рівновага. Склад рівноважної суміші не залежить від того, з якого боку підходити до нього Наприклад, якщо в реакційну посудину при 700 K помістити суміш з 1 молю H2 і 1 молю пари J2, то через певний час система досягне стану хімічної рівноваги, якому відповідатиме рівноважній склад суміші H2, J2, НJ (рис. 4.1,а). Аналогічні рівноважні концентрації компонентів встановляться і тоді, коди в посудину помістити чистий НJ (рис. 4.1, б).

Рис. 4.1. Зміни парціальних тисків H2, J2та HJ при наближенні системи до рівноважного стану: а – початкова суміш складалась з H2 i J2 у мольному співвідношенні 1:1; б –початкова речовина – HJ.

В досліджуваній системі протікають дві протилежні реакції: синтезу і розкладу йодистого водню:

H2 + I2 ↔ 2HI

Такі хімічні реакції називаються оборотними.

Рівноважним називається такий термодинамічний стан, який не змінюється в часі, коди зовнішні умови незмінні. Якщо ж умови змінюються, то рівновага порушується, Таким чином, рівновага має динамічний характер. Той факт, що до того самого рівноважного стану можна підійти з двох різних станів, свідчить, що маємо справу з істинною рівновагою. Таку рівновагу важливо відрізняти від метастабільної (нестійкої) рівноваги. Наприклад, якщо в реакційній посудині є суміш N2, H2 і NH3 у відсутності каталізатора при кімнатній температурі склад її залишатиметься постійним довгий час. можна дійти висновку, що в системі встановилась рівновага, тобто швидкості прямої і зворотної реакцій рівні. Проте це не так: в системі взагалі реакція не протікає. Істинна рівновага в цій реакції встановиться лише в присутності каталізатора при температурах більше 570 К. Стан істинної рівноваги стійкіший, ніж будь-який суміжний з ним. Щоб перейти від стану істинної рівноваги до якогось іншого стану необхідно виконати роботу.

За другим законом термодинаміки рівноважний стан, до якого прямує система, має максимальну термодинамічну вірогідність в даних умовах. Термодинамічною умовою рівноваги є вираз

DG= 0 (4.1)

Враховуючи (2.30) випливає, що в стані рівноваги

DH=TDS (4.2)

Отже, неодмінною умовою термодинамічної рівноваги є незмінність запасу вільної енергії системи.

21.Розчини, класифікація розчинів. Які існують способи вираження концентрації. Розчину?

• Розчином називається тверда або рідка гомогенна система, що складається з двох чи більшої кількості компонентів (складових частин), відносні кількості яких можуть змінюватися в широких межах. Їх поділяють на гомогенні(молекулярні і йонні) системи та гетерогенні(колодні розчини 1-100нм).

Молярна концентрація С - число молей ν У розчиненої речовини в одному літрі розчину.

Нормальна концентрація N - число молей еквівалентів розчиненої речовини (яка дорівнює кількості молей ν В, помноженому на фактор еквівалентності f) в одному літрі розчину.

Моляльна концентрація m - число молей розчиненої речовини в одному кілограмі розчинника.

Процентна концентрація ω - число грамів розчиненої речовини в 100 грамах розчину.