Контрольні запитання:

1. Сформулюйте ІІІ закон термодинаміки.

2. Що називається характеристичною функцією? Назвіть їх.

3. Дайте визначення поняттям «енергія Гіббса» і «енергія Гельмгольца». Формули для їх обчислення.

4. Умова спонтанності протікання процесів в ізохорно-ізотермічних умовах.

5. Умова спонтанності протікання процесів в ізобарно-ізотермічних умовах.

6. Рівняння Гіббса-Гельмгольца.

Література: Киреев В.А. Краткий курс физической химии. – М.: «Химия», 1969. - §§ 82, с. 220-224.

РОЗДІЛ ІI. ХІМІЧНА ТА ФАЗОВАГА РІВНОВАГА

Тема: Хімічна рівновага

План

1. Стан хімічної рівноваги.

6Константа хімічної рівноваги.

2. Зміщення хімічної рівноваги. Принцип Ле Шательє.

1. Усі хімічні реакції у тій чи іншій мірі оборотні, тобто відбуваються не до кінця (повного перетворення вихідних речовин в продукти). В реакційній суміші завжди відбувається як пряма, так і оборотна реакції. Коли швидкості прямої і оборотної реакцій зрівнюються, встановлюється динамічна рівновага: не відбувається ні накопичення, ні витрата вихідних речовин і продуктів. Загальна швидкість прямої і оборотної реакцій буде дорівнювати 0. Такий стан системи називають станом хімічної рівноваги.

З точки зору термодинаміки стан рівноваги характеризується зміною енергії Гіббса, яка дорівнює 0.

2. Кількісною характеристикою хімічної рівноваги служить константа хімічної рівноваги. В залежності від того, в якій системі протікають хімічні реакції, константа рівноваги може виражатися по-різному.

Нехай в системі протікає обернена хімічна реакція між газоподібними речовинами N і M і утворюються газоподібні речовини D і G.

n N + m M ↔ d D + g G .

Константа хімічної рівноваги в цьому випадку може бути знайдена як:

К_Р = .

В цій формулі всі Р_i - парціальні тиски пари всіх компонентів рівноважної газової суміші. Якщо якась речовина не газоподібна, наприклад, речовина М – тверда, то, враховуючи, що тиск пари над твердою речовиною постійний, вираз для константи рівноваги прийме вигляд:

К_Р = .

Якщо дана реакція протікає в розчині, то константу хімічної рівноваги виражають через рівноважні молярні концентрації

К_С = .

Обидві константи рівноваги пов’язані між собою:

К_Р = К_С∙ (RT)^d+g-n-m

З цього рівняння видно, що якщо реакція протікає без зміни числа газоподібних молекул, то К_Р = К_С.

Чисельне значення константи хімічної рівноваги характеризує глибину протікання прямої і оберненої реакцій. Так, якщо К >> 1, переважно протікає пряма реакція; якщо К << 1, то за даних умов переважно протікає обернена реакція.

3. Досягнувши стану хімічної рівноваги, система буде знаходитися в ньому до тих пір, доки не будуть змінені зовнішні умови. Це приведе до зміни параметрів системи, тобто до зсуву хімічної рівноваги в бік однієї з реакцій. Для якісного визначення напрямку зміщення рівноваги в хімічній реакції служить принцип Ле Шательє:

Якщо на систему, що знаходиться в рівновазі, подіяти ззовні, тобто змінити умови, при яких система знаходилась в рівновазі, то в системі з більшою швидкістю почнуть протікати процеси, що зменшують зовнішній вплив.

На стан хімічної рівноваги найбільше впливають концентрація, тиск і температура.

1) Збільшення концентрації вихідних речовин N і M приводить до збільшення швидкості прямої реакції. Збільшення концентрації продуктів зміщує рівновагу в бік протікання оборотної реакції.

2) тиск (для газів)

При підвищенні загального тиску рівновага зміщується в бік реакції, яка приводить до зменшення числа молекул газоподібних речовин, а при зменшенні тиску – в бік реакції, в якій збільшується число молекул газів.

3) температура

При підвищенні температури рівновага завжди зміщується в бік ендотермічної реакції, а при зниженні – в бік екзотермічної реакції.