Химическое сродство

Уравнение изотермы химической реакции.

Направление самопроизвольного протекания химической реакции определяется убылью соответствующего термодинамического потенциала, а глубина протекания абсолютной величиной этой убыли, т.е. максимальной полезной работой.

Преобразуем уравнение (107)

(107)

к виду: .

Заменим дифференциалы частными приращениями:

Получим уравнение для стандартного изменения , когда . Выразив химический потенциал компонента через его парциальное давление , для реакции (106) запишем:

После преобразований получим:

, (115)

где – исходные (или неравновесные) парциальные давления реагирующих веществ.

Так как при : , то

. (116)

Аналогично для реакции, протекающей при , , получим:

; (117)

, (118)

где – исходные (или неравновесные) концентрации реагирующих веществ.

Уравнения (115, 117) – называют уравнениями изотермы химической реакции (изотермы Вант–Гоффа), а (116, 118) – уравнениями максимальной работы химической реакции.

Абсолютные значения изменения термодинамических потенциалов показывают, насколько далека система от состояния химического равновесия. Чем меньше , тем ближе система к состоянию равновесия. В предельном случае когда – в системе химическое равновесие. Поэтому величины , или максимальную работу процесса называют мерой химического сродства.

На основе уравнения изотермы химической реакции можно рассчитать максимальную работу и предсказать направление самопроизвольного протекания химической реакции. Напомним, что если

, , то процесс протекает самопроизвольно в сторону образования продуктов реакции;

, , то процесс протекает в сторону образования исходных веществ;

, , то система находится в состоянии равновесия.

Для сравнительной оценки химического сродства различных химических реакция определяют стандартную энергию Гиббса (энергию Гельмгольца ) или стандартное химическое сродство – химическое сродство реакции, протекающей в стандартных условиях (при парциальных давлениях реагирующих веществ = 1):

. (119)

Аналогично для реакции, протекающей при :

. (120)

Для идеальных растворов в уравнении изотермы химической реакции константу равновесия выражают с помощью мольных долей (). Для реальной газовой смеси – с помощью фугитивностей () (уравнение 121), а для реальных растворов – с помощью термодинамических активностей () (122).