2014-09-02
927
При создании и совершенствовании химических процессов термодинамический анализ позволяет оценить:
1. вероятность протекания процесса в заданном направлении;
2. глубину превращения исходных веществ;
3. значение теплового эффекта процесса.
На основе этих оценок технолог может сделать заключение о степени использования сырья, наличии отходов (загрязнений), энергетической зависимости от внешних источников. Вероятность протекания процесса определяется знаком изменения энергии Гиббса G (это свойство вещества, характеризующее его способность вступать в реакции с другими веществами, оно зависит от температуры, давления и других параметров). Если 
, то процесс возможен в нужном направлении, если 
, то процесс протекает в обратную сторону, если 
, то устанавливается состояние равновесия. Количественным показателем равновесия является константа равновесия К, определяемая как соотношение скорости прямой реакции к скорости обратной при равновесии. Для газов К выражается через парциальное давление газов Р, концентрации компонентов С и через молярные доли n. Соответственно: 
. Они связаны между собой зависимостью:
где: 
.
Значение 
и 
зависит от температуры, 
от температуры и давления. В практических расчетах чаще используют и формула в этом случае имеет вид:
где: 
- значение энергии Гиббса для стандартных условий (в основном для 
, т.е. 
).
Взаимосвязь между 
и устанавливается уравнением Ван-Гоффа:
При проведении реакций, для которых 
(энтальпия), постоянна в интересуемом интервале температур, используется следующая зависимость:
Уравнения (3) и (4) позволяют вычислить значение констант равновесия при любой температуре. Для практики следует помнить, что при 
возможно практически полное превращение реагентов, при 
реакция протекает в обратном направлении.
Через значения констант можно вычислить степень превращения 
, концентрации и другие показатели. Так для простой реакции: 
эта связь следующая:
Количество тепла, выделяющегося (поглощающегося) в результате реакции зависит от природы реагирующих веществ, их количеств, температуры, давления и определяется на основе теплоты реакции. Если теплота реакции неизвестна, то прибегают к помощи справочных термохимических таблиц и определяют по теп лотам образования или сгорания компонентов реакции. Величина 
при любой температуре может быть вычислена по стандартной теплоте реакции 
и изменении энтальпии системы в диапазоне температур от 
до Т:
Если 
, то реакция экзотермическая, если 
, то реакция эндотермическая. Практическое значение теплового эффекта: 
