НАПРАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

При изучении химической реакции

можно иметь дело с исходными смесями самого разнообразного состава. Если смесь содержит только исходные реагенты, то реакция заведомо пойдет вправо. Если же смесь содержит только конечные продукты, то реакция заведомо пойдет влево. Но в какую сторону пойдет реакция, если приготовлена произвольная смесь из исходных реагентов и конечных продуктов, сказать заранее без термодинамического анализа нельзя. Чтобы определить направление реакции, необходимо установить знак изменения функции Гиббса в реакции при изменении химической переменной. С этой целью рассмотрим функцию Гиббса реакционной системы.

В случае произвольной смеси функция Гиббса системы представляет собой простую сумму функций Гиббса отдельных веществ:

где П- — количество /-го вещества, Gj — функция Гиббса одного моля /-го вещества в системе. Введение в систему одного моля /-го вещества при постоянстве температуры и давления меняет функцию Гиббса очень большой системы на величину (7 . Поэтому функция Гиббса одного моля отдельного вещества есть не что иное, как его химический потенциал:

Следовательно, для функции Гиббса смеси в целом можно записать

В общем случае изменение функции Гиббса при изменении количеств веществ, присутствующих в очень большой термодинамической системе, имеет вид

Изменение функции Гиббса в химической реакции при ? = 1, когда Anj = v., вычисляется из выражения

Из (12.23) следует, что если

Иногда в рассмотрение вводят величину

которую называют сродством химической реакции по Де Донде. Химическая реакция идет вправо при Ах > 0, влево при Ат < О и находится в равновесии при Аг= 0.

Вычислять сумму непосредственно оказывается не всегда

удобно. Для таких случаев можно предложить более простой метод определения направления химической реакции в смеси, если проанализировать значение Ар. Рассмотрим смесь идеальных газов. Подставляя в формулу (12.23) выражение (12.11), находим

где через П обозначена величина, называемая произведением реакции

С помощью уравнения (12.24) можно решать вопрос о направлении химической реакции. Если К > П, то Ар < 0 и реакция идет в прямом направлении, а если Кр < ГГ — в обратном. Так как Кр = Правн, где Правн — произведение реакции при равновесии, то это же правило можно сформулировать и так: если Правн > П, то реакция идет в прямом направлении, и если Правн < П, то в обратном.

Рассмотрим в качестве примера реакцию синтеза аммиака

при начальных условиях Т= 500 К,р = 10 6ap,/?(N2) = 1,82 бар,/?(Н2) = 3,64 бар, p(NH3) = 4,54 бар.

Расчетное значение константы равновесия А^(500К) = 0,11, П = 4,542/( 1,82 • З,643) = 0,235. Следовательно, в рассматриваемых условиях К < П и реакция идет влево с распадом аммиака.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >