Энергия Гиббса и направление протекания реакции

В химических процессах одновременно действуют два противоположных фактора — энтропийный ( ) и энтальпийный ( ). Суммарный эффект этих противоположных факторов в процессах, протекающих при постоянном давлении и температуре, определяет изменение энергии Гиббса ( ):

Из этого выражения следует, что , то есть некоторое количество теплоты расходуется на увеличение энтропии ( ), эта часть энергии потеряна для совершения полезной работы (рассеивается в окружающую среду в виде тепла), её часто называют связанной энергией. Другая часть теплоты ( ) может быть использована для совершения работы, поэтому энергию Гиббса часто называют также свободной энергией.

Характер изменения энергии Гиббса позволяет судить о принципиальной возможности осуществления процесса. При процесс может протекать, при процесс протекать не может (иными словами, если энергия Гиббса в исходном состоянии системы больше, чем в конечном, то процесс принципиально может протекать, если наоборот — то не может). Если же , то система находится в состоянии химического равновесия.

Обратите внимание, что речь идёт исключительно о принципиальной возможности протекания реакции. В реальных же условиях реакция может не начинаться и при соблюдении неравенства (по кинетическим причинам).

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.

8. Химическая кинетика. Скорость химической реакции, определение, единицы измерения. Факторы, влияющие на скорость химической реакции.

Химическая кинетика – изучает скорость и молекулярный механизм химической реакции.

Скорость хим.реакции –изменение количества реагирующего вещества за единицу времени в единицу реакционного пространства. Скорость гомогенной хим.реакции измеряется изменением концентрации одного из веществ участвующего в процессе за единицу времени.

V= ( )

Скорость гетерогенной хим.рекции измеряется изменением поверхностной концентрации одного из реагента за единицу времени.

Скорость хим.реакции зависит от нескольких факторов:

1.природа реагирующих веществ.

2.концентрация реагирующих веществ.

3.температура

4.катализаторы

9. зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Закон действия масс. Константа скорости реакции.

Зависимость скорости реакции концентрирующих реагентов. закон действия масс. Зависимость скорости реакций концетр реагентов впервые был установлен в 1867г Гульдбергом Вааге

Современная формулировка закона действия масс:

При постоянной температуре скорость хим. реакции прямо пропорционально произведению концентрации реагирующих в-в взятых в степенях = стехиометрическим коэф-м ур-й реакции

Математическое выражение закона действия масс называется кинематическим уравнением.

для реакции уравнение имеет вид

K-Коэ-т пропорц константы скорости химической реакции

-концетрация моль/л

a,b-стехиометрические коэф-ты.

Константа хим реакции зависит от:

Природы реагентов

Условия проведения процессов т.е температуры и присут. катализаторов

Константа скорости не зависит от концентрации реагентов.

Закон действия масс справедлив только для простых по своему механизму взаимодействий протекающий в газах или разбавленных растворах.

К гетерогенным взаимодействиям закон действия масс часто не применяется, а если применяется, то концентрация веществ находящихся в твердой фазе не включаются кинематические уравнения т.к в ходе реакции не знач. изменяются

При рассмотрении зависимости скорости хим.реакции от концетрац газообр веществ, следует иметь ввиду, что парциальное давление каждого газа при t-const против его концетр.

P=RTC(?)

Поэтому в кинетическое уравнение вместо концентрации газообразных в-в можно подставлять парциальное у-е этих газов

10. Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аренниуса. Энергия активации. Стерический фактор.

Для большинства реакций справедливо правило Вант-Гоффа: Повышение температуры на 10К увеличивает скорость большинства реакций в 2-4 раза:

t2>t1

где - скорости реакции при Т₁ и Т₂; γ – термический коэффициент скорости химической реакции

величина гамма показывает во сколько раз увеличилась скорость реакции при повышении температуры на 10градусов.

Зависимость константы скорости химической реакции от температуры описывается уравнением Аррениуса:

где k – константа скорости реакции;А-пред экспронец множитель=P*Z; Z-общее число соударений молекул реагирующих веществ в еденицу объема за единицу времени. р-стерический фактор учитывающий влияние пространсвенной ориентации молекул на константу скорости и на скорость реакции Р=10вминус9 до 1. Е- энергия активации; R – универсальная газовая постоянная; Т – температура , К. Константа скорости, а следовательно и скорость химической реакции экспоненциально растет с увеличением температуры.

Молекулы с повышенными запасами энергии, достаточны для взаимодействия называются активными.

Активация молекул возможна при нагревании или растворении в-в, при выделении энергии в ходе самой реакции, при поглощении молекул.

Энергия активации зависит от природы реагентов

Реакции для которых Еа>Дж/моль при комн t не протекают. Большая энергия активации является препятствием из-за которого не идут эти реакции, вполне вероятно с точки зрения хим термодинамики ( G<0) . разноименно заряженные ионы притягиваются др к другу и не требуют затрачивать энергию на преодоление сил отталкивания взаи-х частиц.

Про стерический фактор ничего нет в лекции у меня((

Стеричесикй фактор-фактор, отражающий влияние на скорость химической реакции определенного расположения молекул реагентов в момент соударения.
он зависит в силу этого от температуры (возрастает скорость соударения молекул реагентов и ускоряется реакция), от давления (при высоком давлении в среде, где происходит реакция расстояния между молекулами реагентов меньше)

11. Влияние катализатора на скорость химической реакции. Катализаторы. Гомогенный и гетерогенный катализ.

Скорость реакций часто зависит от присутствия в системе дополнительного компонента, называемого катализатором. Реакции, протекающие под действием катализатора, называются каталитическими.

Действие катализатора заключается в том, что он образует с одним из реагентов активированный комплекс (нестабильное промежуточное соединение), взаимодействующее с другим реагентом.

А+kt®[A…kt] (а)

[А…kt]+B®AB+kt(б)

После разрушения активированного комплекса, катализатор не входит в состав продуктов реакции, т.е остается химически неизменным, поэтому общее уравнение реакции остается прежним.

Катализатор-вещество, изменяющее скорость химической реакции и остающееся после нее химически неизменным.

Примечание: катализатор не может менять скорость в процессах, которые не могут протекать (DG>0)

Изменение скорости каталитической реакции происходит за счет изменения ее энергии активации, т.к она протекает через промежуточные стадии (а) и (б), характеризующиеся своей энергией активации. Изменение скорости реакции под действием катализатора называется катализом. Если энергия активации промежуточных стадий (а) и (б) ниже энергии активации процесса без катализатора, то общая скорость процесса растет, и такой катализ называют положительным. В ином случае скорость процесса уменьшается и катализ будет отрицательным.

Е_а¹+Е_а¹¹<Е_а( без kt) –положительный kt

Е_а¹+Е_а¹¹>Е_а( без kt) – отрицательный kt

Для замедления нежелательных процессов или для придания реакциям более спокойного характера используют отрицательные катализаторы. Например, при окислении железа соляной кислотой, роль отрицательного катализатора может играть анилин.

Наряду с отрицательными катализаторами применяются ингибиторы, которые отличаются тем, что входят в состав продуктов реакции. Например, Ингибитором коррозии железа может быть Са(НСО₃)₂ , под действием которого на поверхности Ме образуется нерастворимая пленка карбоната железа.