Уравнение изотермы химической реакции. Понятие химического равновесия. Закон действующих масс

Понятие химического равновесия. Закон действующих масс

ЛЕКЦИЯ № 5. Химическое равновесие

При протекании химической реакции через некоторое время устанавливается химическое равновесие. Существует два признака химического равновесия: кинетический, термодинамический. В кинетическом – υ_пр = υ_обр, в термодинамическом – характеризует химическую реакцию при условиях P, t – const ( Δ G = 0); при условиях V, Т – const ( Δ F = 0).

Химический потенциал – функция, которая характеризует состояние i -го компонента при определенных внешних условиях.

где n₁ – число молей i -го компонента.

Если к бесконечно большому количеству раствора прибавить определенное количество какого-нибудь компонента, то химический потенциал системы определяется изменением изобарного потенциала при изобарных условиях или изменением изохорного потенциала при изохорных условиях.

Химический потенциал зависит от концентрации данного компонента

μ_i = μ₀ + RTLnP_i– (для идеального газа),

где Р_i – парциальное давление – вклад каждого компонента в общее давление или давление, которое компонент имел бы, если бы находился в смеси.

Парциальное давление – элементарная функция (можно складывать). Пример (O₂, N₂, H₂) – их общее давление

μ_i= μ₀+ RTLnC_i – (для раствора),

μ₀– значение химического потенциала при стандартных условиях.

Химический потенциал характеризует способность данного компонента выходить из данной фазы путем испарения, растворения, кристаллизации и т. д. Переход этот происходит произвольно.

В результате химического равновесия скорость прямой реакции уменьшается, а скорость обратной реакции увеличивается.

Концентрации, которые соответствуют химическому равновесию, называются равновесными концентрациями. Связь между равновесными концентрациями устанавливается законом действующих масс (ЗДМ). Этот закон в 1867 г. вывели К. М. Гульберг и П. Вааге.

Кинетический вывод ЗДМ

f – фугитивность – парциальное давление для реальных газов. Возникает вопрос, будут ли равняться К_p и К_с.

К_p и К_c– отличаются на RT ^∑vi в сумме стехиометрических коэффициентов.

Связь между К_p и К_с

если ∑v_i = 0, то K_p = K_c. ∑v_i = 1 + 1 – 1 – 1 =0 – когда стехиометрический коэффициент = 1.

Если реакция протекает обратимо, то Δ G = 0.

Если реакция протекает необратимо, то Δ G ≤ 0 и можно рассчитать изменение ΔG.

где χ – пробег реакции – величина, которая показывает, сколько молей изменилось в ходе реакции. I сп – характеризует равновесное и неравновесное состояние реакции, II сп – характеризует только неравновесные состояния.

Если

д _χ = 1,

то

это уравнение изотермы химической реакции.

С помощью уравнения изотермы химической реакции можно судить о направлении протекания реакции.

1) П_p< К_p, Δ G < 0, слева направо;

2) П_p> К_p, Δ G > 0, справа налево;

3) П_p= К_p, Δ G = 0, химическое равновесие.