Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Константа хімічної рівноваги
Як вже зазначалось, стан рівноваги настає не від того, що хімічна реакція зупинилась, а тому що швидість прямої і зворотної реакцій стають рівними. Розглянемо оборотну хімічну реакцію в загальному вигляді аА + вВ еЕ + dД. На підставі закону діючих мас, формулювання і кінетичний вивід якого були дані в 1867 році Гульбергом і Вааге, швидкість реакції пропорційна концентраціям (тискам для газів) реагуючих речовин, взятих у ступенях, рівних стехіометричним коефіцієнтам в рівнянні хімічної реакції. Виходячи з цього, швидкість прямої реакції uпр., що протікає зліва направо, дорівнює , а швидкість зворотної реакції (uзв.), що протікає справа наліво, становить , де К1 і К2 – константи швидкості прямої і зворотної реакцій; СА і СВ – рівноважні концентрації початкових речовин А і В, кмоль/м3; СЕ і СД – рівноважні концентрації кінцевих речовин Е і Д, моль/м3; а, в, е і d – відповідно число моль реагуючих речовин А, В, Е і Д за рівнянням реакції. В момент рівноваги швидкості прямої і зворотної реакцій рівні між собою: uпр. = uзв.; . Константи швидкості прямої і зворотної реакцій є сталими величинами для кожної оборотної реакції. Тому відношення цих констант також стала величина (К), яка називається константою хімічної рівноваги реакції і визначається рівнянням . (6.1) Таким чином, константою рівноваги хімічної реакції називається добуток рівноважних концентрацій кінцевих речовин, поділений на добуток рівноважних концентрацій початкових речовин, причому всі концентрації взяті у ступенях, які однакові із стехіометричними коефіцієнтами реакції. Константа рівноваги не залежить від концентрацій початкових і кінцевих речовин, але залежить від природи речовин і температури. Для реакцій, що протікають між газами, константу рівноваги визначають через парціальні тиски реагуючих речовин за таким рівнянням , (6.2) де РА і РВ – рівноважні парціальні тиски початкових газів А і В, Па; РЕ і РД – рівноважні парціальні тиски кінцевих газів Е і Д, Па; а, в, е і d – відповідно число моль реагуючих і утворених газів А, В, Е і Д за рівнянням реакції. Для оборотної реакції, що протікає в концентрованих розчинах (або між реальними газами), константу рівноваги визначають через активності (або фугітивності) реагуючих речовин, наприклад, рівнянням , (6.3) де аА, аВ, аЕ і аД – відповідно активності реагуючих речовин А, В, Е і Д. Така константа рівноваги називається термодинамічною константою рівноваги. Для оборотної гетерогенної реакції аА(г) + вВ(т) еЕ(г) + dД(т), де А(г) і Е(г) – газоподібні речовини; В(т) і Д(т) – тверді речовини, константа рівноваги дорівнює , (6.4) де РА і РЕ –рівноважні парціальні реагуючих газів А і Е. Парціальні тиски твердих речовин при даній температурі сталі і не залежать від маси твердих речовин. Тому вони не входять до рівняння константи рівноваги. Для оборотних реакцій розкладу, наприклад, СаО(т) + СО2(г) константа рівноваги дорівнює , де - тиск оксиду вуглецю (IV), що перебуває в рівновазі з карбонатом кальцію. називається тиском (пружністю) дисоціації карбонату кальцію. Температура, при якій тиск (пружність) дисоціації карбонату дорівнює зовнішньому тиску (1,013×105 Па), називається температурою розкладу карбонату кальцію. Термічний розклад оксидів, наприклад, FeO, протікає за рівнянням 2FeO 2Fe + O2 і константа рівноваги реакції дорівнює Кр = , де - тиск кисню, що перебуває в рівновазі з оксидом заліза (ІІ) і називається тиском (пружністю) дисоціації оксиду заліза (ІІ). Температура, при якій пружність дисоціації оксиду дорівнює зовнішньому тиску, називається температурою розкладу оксиду. Часто концентрація (особливо при реакціях між твердими речовинами, або твердими і рідкими) виражається через мольні частки – N. Мольна частка даної речовини (Ni) дорівнює відношенню числа моль даної речовини (ni) до загального числа моль всіх компонентів у системі (åni) . У такому разі константу рівноваги виражають через мольні частки реагуючих речовин , (6.5) де NА, NB, NE і NД – мольні частки початкових (вихідних) і кінцевих (продуктів) речовин. Мольна частка безрозмірна величина. Якщо при проходженні реакції не відбувається зміни моль газоподібних речовин, то Кс = Кр = КN. Для реакцій, що супроводяться зміною числа моль газоподібних речовин, чисельні значення констант рівноваги, що виражені різними способами, розрізняються. Зв'язок між ними легко встановити, використавши рівняння Менделєєва-Клапейрона для суміші ідеальних газів: Pi = CiRT; Рi = NiPзаг., (6.6) де Рі – парціальний тиск даного газу, Па; Рзаг. – загальний тиск в системі, Па; R – універсальна газова стала, 8,314 Дж/(моль×К); Т – температура, К; Сі і Ni – концентрація (моль/м3) і мольна частка відповідно. Враховуючи (6.6), одержуємо співвідношення Кр = Кс(RT)Dn = KN(Рзаг.)Dn, (6.7) де Dn – зміна числа моль газоподібних речовин у реакції (Dn = n2 – n1, де n1 – число моль вихідних газоподібних речовин; n2 – число моль кінцевих газоподібних речовин реакції). Числове значення константи рівноваги залежить від хімічної природи реагуючих речовин і температури, але не залежить від концентрації (Р, N) реагуючих речовин. KN залежить також від загального тиску в системі. При змішуванні всіх реагуючих речовин (початкових і кінцевих) перебіг реакції може відбуватись у бік утворення продуктів реакції або в бік утворення вихідних речовин. Чисельне значення константи рівноваги є мірою (критерієм) термодинамічної імовірності тієї чи іншої реакції. Аналізуючи рівняння (6.1-6.5), можна зробити висновок: чим більша величина константи рівноваги, тим більша концентрація (Р, N) продуктів реакції, порівняно з вихідними речовинами, тобто тим більше рівновага реакції зміщена праворуч. І навпаки. Якщо концентрації вихідних і кінцевих речовин однакові (тобто зміщення реакції не відбувається), константа рівноваги дорівнює одиниці. Таким чином, при визначенні напрямку хімічної реакції можна користуватися правилом: - якщо К > 1, то самодовільно протікає пряма реакція, при К ³ 105 – пряма реакція проходить на 100%; - якщо К < 1, то самодовільно проходить зворотна реакція, при К£10-5 – зворотна реакції проходить на 100%; - якщо К = 1, швидкості прямої і зворотної реакцій однакові і з будь-якого боку (від вихідних чи від кінцевих речовин) реакція проходить на 50%. Date: 2015-05-08; view: 642; Нарушение авторских прав |