Которое и называют уравнением изотермы химической реакции в общем виде.

По уравнению изотермы вычисляют энергию Гиббса реакции, а также определяют направление и глубину ее самопроизвольного протекания при данных условиях, если известны стандартная константа равновесия для данной температуры и исходный состав произвольно приготовленной реакционной смеси, т.е. неравновесные относительные, например, парциальные давления р_i всех компонентов в начальный момент времени. Очевидно, что чем больше абсолютное значение (r_r G)_р,Т , тем менее равновесна система.

-если в реакционной смеси присутствуют или только продукты реакции или только исходные вещества, то (r_r G)_р,Т ®±¥ для любой реакции;

- (r_r G)_р,Тñ 0 реакция протекает в обратном направлении справа налево до установления равновесия;

-(r_r G)_р,Тá 0 реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении;

-(r_r G)_р,Т= 0 отвечает состоянию химического равновесия;

-Если величина, стоящая под знаком логарифма во втором слагаемом равна единице (это возможно, например при начальных относительных парциальных давлениях всех компонентов, равных единице, т.е. компоненты находятся в стандартных условиях), то само слагаемое равно нулю, а уравнение изотермы трансформируется:

(rr G)р,Т = - RТ ln Кр0 или rr GТ0 = - RТ ln Кр0

и его называют стандартным уравнением изотермы химической реакции или уравнением стандартного сродства. С его помощью можно вычислить К_р⁰ без экспериментального изучения равновесия.

Уравнение изобары химической реакции определяет зависимость константы равновесия К_р⁰ от температуры и в дифференциальной форме выводится на основании стандартного уравнения изотермы

rr GТ0 = - R ln Кр0 Т

и дифференциального уравнения энергии Гиббса – Гельмгольца для стандартных условий

rr GТ0 = rr НТ0 + Т d (rr GТ0) d Т

После преобразований получают уравнение изобары:

d ln Кр0 = rr Н0Т d Т RТ2

Анализируя его можно установить, что, чем больше абсолютная величина теплового эффекта и чем ниже температура, тем больше значение производной, следовательно, сильнее сказывается изменение температуры на константе равновесия и в большей степени смещается положение равновесия. Уравнение полезно при вычислении графическим путем тепловых эффектов реакции. Если температурная зависимость константы равновесия выражена в координатах ln К_р⁰ - 1/ Т.

Газофазная реакция осуществляется в закрытой системе, при постоянном объеме (V = соnst).

Уравнение изохоры химической реакции в дифференциальной форме:

d ln К с0 = rr U0Т d Т RТ2

В интегральной форме:

ln К 0с2 = rr U0Т (Т2-Т1) К 0с1 RТ1 Т2

Где r_r U⁰_Т - изменение стандартной внутренней энергии реакции; К _с⁰ - безразмерная стандартная константа равновесия, выраженная через относительное равновесные молярные концентрации компонентов.

К внешним факторам, влияющим на состояние равновесия любой системы (гомогенной или гетерогенной), относятся температура, давление, внешние поля (электрическое, магнитное, гравитационное и др.). Если значение последнего фактора существенно не отличается от нормального им пренебрегают. Обычно рассматривают воздействие только двух важных факторов: температуры, давления.

Влияние изменения внешних условий на состояние равновесия устанавливается термодинамическим положением, впервые сформулированным Брауном, которое называется правилом смещения положения подвижного равновесия, или принципом Ле Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии истинного химического равновесия, оказывать внешнее воздействие путем изменения какого-либо из условий (С_i, Т, р_i. Р_общ), определяющих положение равновесия, то в системе происходит изменение равновесного состава и смещение положения равновесия в направлении того процесса, протекание которого ослабляет эффект (влияние) этого воздействия.(стр 363 Гуров)

19.Химическое равновесие в гетерогенных процессах. Правило фаз Гиббса-Коновалова. Константа равновесия для гетерогенной реакции. Термодинамические понятия: фаза, независимый компонент, число степеней свободы (для гомогенных и гетерогенных равновесных химических реакций. Скорость гомогенной химической реакции. Кинетические кривые. Факторы, влияющие на скорость реакции. Основной постулат химической кинетики (зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ) константа скорости, порядок реакции и молекулярность

В гетерогенных системах вещества находятся различных фазах. Если вещества химически не взаимодействуют, то такую систему называют химически нереагирующей системой. В гетерогенных химически реагирующих системах вещества чаще всего взаимодействуют на границе раздела фаз. Равновесие, устанавливающееся в таких системах, называют гетерогенным химическим равновесием.

Для гетерогенных процессов:

- конденсированные фазы (жидкие и твердые), не улетучивающиеся в ходе реакции и не переходящие полностью в раствор и их количества не оказывают влияния на равновесие;

-в выражение константы равновесия обратимых гетерогенных реакций входят только парциальные равновесные давления газообразных веществ, взятых в степенях стехиометрических коэффициентов. Для уравнения: С_т + СО_{2 г} «2СО_г К_р = р²_равнСО/ р_{равнСО2}

-константы равновесия К_р и К_р⁰ и К_с и К_с⁰ зависят от свойств всех веществ, реагирующих в гетерогенной реакции, а не только газов.

-для обратимых гетерогенных реакций введение дополнительного количества жидких или твердых компонентов (реагентов, продуктов) в реакционную смесь или их выведение из нее не влечет за собой изменения состава и, следовательно, не нарушает состояния равновесия, т.е. не смещает его положения;

-смещение положения равновесия в обратимых гетерогенных реакциях при изменении температуры вне зависимости от агрегатного состояния реагентов и продуктов подчиняется общим закономерностям.

Правило фаз (уравнение) Гиббса, известное также как закон фазового равновесия, было сформулировано в 1876 г. Оно относится к одному из общих законов физики и химии и является выражением второго закона термодинамики применительно к фазовым равновесиям. С его помощью можно описать и гомогенные и гетерогенные химические равновесия, а именно:

-термодинамически установить (предсказать) возможность или невозможность существования данной гомогенной или гетерогенной системы;

-вычислить максимальное число фаз, которые одновременно могут находиться в равновесии при данных условиях;

-априори характеризовать фазовый состав сколь угодно сложной многокомпонентной системы при заданном числе независимых переменных, определяющих равновесие;

-предсказать по числу степеней свободы поведение исследуемой системы, т.е. установить варианты возможных фазовых превращений при изменении одного, двух и более внешних условий (при сохранении остальных параметров состояния системы постоянными).

В общем виде правило фаз Гиббса формулируется следующим образом: число термодинамических степеней свободы, или вариантность равновесной термодинамической системы С, определяется как разность числа независимых компонентов системы К и числа сосуществующих фаз Ф плюс число внешних факторов n, влияющих на равновесие.Его математическое выражение записывается в виде простого соотношения: С = К – Ф + n. Анализируя это выражение можно сделать следующие выводы:

-число степеней свободы равновесной системы возрастает с увеличением числа независимых компонентов и понижается с увеличением числа сосуществующих фаз;

- число степеней свободы может быть равно либо нулю, либо целому положительному числу, т.е. С³0;

- так как число степеней свободы не может быть отрицательным, то число сосуществующих фаз в равновесной термодинамической системе в общем случае не может превышать суммы К + n.

Числом термодинамических степеней свободы, или вариантностью равновесной термодинамической системы С, называют максимальное число независимых интенсивных термодинамических параметров состояния фаз равновесной системы, произвольное и независимое изменение которых в определенных пределах не влияет на качественный и количественный состав системы, а именно не вызывает исчезновения одних и образования других фаз.

Независимыми компонентами называют составляющие систему вещества, наименьшее число которых необходимо и достаточно для образования и однозначного выражения состава каждой фазы данной системы при любых условиях ее существования. Примеры на стр 358 Гуров

Для вышеприведенной реакции: число существующих фаз Ф = 2 (т, г); К = 3 -1 =2; n. = 2 (р, Т); С = 2

Фаза (газообразная, жидкая, твердая) – гомогенная область.

Гомогенными называются реакции, протекающие в одной фазе (в смеси газов, жидком растворе или твердой фазе). Скорость – важнейшая количественная кинетическая характеристика любой химической реакции. Наиболее общим является определение скорости реакции r как скорости возрастания степени завершенности реакции ξ, которую, называют химической переменной.

Пусть в закрытой системе протекает необратимая химическая реакция:

ν _А А + ν _В В → ν _D D + ν _F F где А, В, D, F – участники реакции; ν _А ν _В ν _D ν _F соответствующие стехиометрические коэффициенты. Тогда химическая переменная ξ_i , характеризующая глубину протекания реакции по i –му компоненту, определяется как

ξ_i = n _i - n ⁰ _i

ν _i

Где n _i - число молей i – компонента в момент времени t; n ⁰ _i - число молей того же компонента в начальный момент времени (t = 0); ν _i - стехиометрический коэффициент при i компоненте в уравнении реакции. Стехиометрические коэффициенты у исходных веществ берутся со знаком «-«, а у продуктов реакции – со знаком «+». Это связано с тем, что количество продуктов реакции увеличивается. При таком выборе знаков ξ_i всегда положительна независимо от выбора участников реакции.

20 Скорость гомогенной реакции в целом определяется как скорость изменения глубины протекания реакции в единицу времени в единице объема:

r = 1d ξi V dt

Где V- объем системы; t – время. Определенная таким образом скорость реакции не зависит от выбора компонентов и будет практически одинаковой для разных веществ, участвующих в реакции.

Под кинетической кривой понимают график зависимости концентрации реагента или продуктов реакции от времени