Главная Случайная страница


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 неотразимый комплимент 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






Направленность химических процессов





Химические процессы могут протекать самопроизвольно (без затрат энергии извне) и несамопроизвольно (требуют для своего осуществления затрат энергии). Направление, в котором самопро­извольно протекает химическая реакция, определяется совместным действием двух факторов: 1) стремлением системы к минимуму энергии (при Р = const к минимуму энтальпии); 2) стремлением системы к достижению наиболее вероятного состояния, т.е. со­стояния, которое может быть реализовано наибольшим числом равновероятных способов (микросостояний, характеризующихся определенным состоянием каждой частицы, входящей в состав системы).

Мерой вероятности состояния системы (неупорядоченности системы) является энтропия S - величина, пропорциональная лога­рифму числа равновероятных микросостояний, которыми может быть реализовано данное макросостояние, характеризующееся макроскопическими свойствами системы (температура, давление, объем и т.п.). Чем больше неупорядоченность, тем больше энтро­пия и наоборот. Энтропию относят к 1 моль вещества и она имеет размерность Дж/(моль∙К). Для большинства веществ определены и сведены в таблицы термодинамических констант стандартные зна­чения (Р = 1,013∙105 Па) энтропии S0298, полученные при 250С. Да­лее S0298, будут обозначаться просто S0, с указанием вещества, к ко­торому они относятся. Например S0O2 = 205,0 Дж/(моль∙К); S0CO2 = 213,8 Дж/(моль∙К).



Изменение энтропии химической реакции S0 определяется аналогично Н0г разностью сумм энтропии продуктов реакции и эн­тропии исходных веществ:


где ni - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Функцией состояния, одновременно отражающей влияние
обеих упомянутых выше тенденций на направление протекания
химических процессов, служит энергия Гиббса, связанная с эн-­
тальпией и энтропией соотношением

G = H-TS,

где Т - абсолютная температура. Энергия Гиббса имеет ту же раз­мерность, что и энтальпия, и выражается, в джоулях (Дж) и килод­жоулях (кДж).

Уравнение, отражающее связь возможности протекания хими­ческой реакции в системе с происходящими при этом изменениями Н и S, имеет вид:



∆G0r = ∆H0r-T∆S0г,

где ∆G°r — изменение стандартной энергии Гиббса химической ре­акции или просто стандартная энергия Гиббса химической реакции.

Как и в случае с ∆Н и ∆S, изменение энергии Гиббса ∆G в ре­зультате химической реакции равно сумме энергий Гиббса образо­вания продуктов реакции за вычетом суммы энергий Гиббса обра­зования исходных веществ; суммирование производят с учетом числа молей участвующих в реакции веществ

При постоянстве температуры и давления химические реакции могут протекать самопроизвольно только в таком направлении, при котором энергия Гиббса системы уменьшается (∆G0r < 0). Чем меньше ДО°Г, тем больше вероятность протекания данного процес­са. При ∆G0r > 0 реакция самопроизвольно не идет в прямом на­правлении, но возможно самопроизвольное протекание в обратном направлении. Таким образом, ∆G0r, является критерием направлен­ности химических процессов.

Если для какой-то реакции ∆Н < 0 (экзотермическая реакция), а ∆S > 0, то в соответствии с уравнением следует, что реакция мо­жет самопроизвольно протекать при любых температурах. Если ∆Н < 0 и ∆S < 0, то реакция возможна при условии, что член ∆Н в уравнении для энергии Гиббса больше по абсолютному значению, чем член Т∆S; поскольку абсолютное значение членаТ∆S с ростом множителя Т увеличивается, то указанное условие будет действо­вать при достаточно низких температурах. Иначе говоря, при низ-


ких температурах наиболее вероятно самопроизвольное протекание экзотермических реакций, даже если при этом энтропия системы уменьшается.

При высоких температурах наиболее вероятно протекание ре­акций, сопровождающихся возрастанием энтропии, в том числе и эндотермических.

Для определения возможности протекания процесса при дан­ных условиях надо определить знак ∆G0r. С этой целью в справоч­ных таблицах термодинамических величин находятся стандартные значения ∆H0f и ∆S0 веществ, участвующих в реакции, по которым вычисляют ∆G0r в соответствии с приведенной выше формулой.

Для расчета можно использовать табличные значения ∆G0f об­разования химических соединений, которые соответствуют изме­нению энергии Гиббса реакции образования 1 моль данного вещества в стандартном состоянии из простых веществ, также взятых в стандартных состояниях. Величины ∆G0f образования простых ве­ществ приняты равными нулю. Табличные значения стандартных величин ∆G0f образования простых веществ приводятся для 25°С (298 К) и обозначаются ∆G0f,298 с указанием соединения, к которо­му они относятся.

Например: ∆G0f, Fe2O3(к) = -740,8 кДж/моль. В этом случае ∆G0r вычисляют из формулы:

где ni - стехиометрические коэффициенты перед соответствующим веществом в уравнении реакции.



Пример 1. Предскажите знак изменения энтропии ∆S0r в при­веденных реакциях:

Решение.

1) ∆S0r > 0, так как в результате реакции образуется газообраз­-
ный кислород, а исходное вещество было кристаллическим, т.е. не­
упорядоченность в системе возрастает.

2) ∆S0 г < 0, так как в реакцию вступает 3 моль газов, а образу­-
ются 2, т.е. число частиц газообразных веществ уменьшается, в
системе растет упорядоченность.


Пример 2. Можно ли получить металлический кадмий из сульфида кадмия (П) восстановлением оксида углерода (П) по ре­акции:

2CdS (к) + 2СО(г) = СО2(г) + CS2(г) + 2Cd(к). Решение.

Ответ на вопрос задачи дает вычисление энергии Гиббса, рас­сматриваемой реакции. Проще всего воспользоваться табличными значениями энергии Гиббса образования соответствующих ве­ществ:

∆G0f, Cd = -153,16 кДж/моль;

∆G0f, CO = -137,15 кДж/моль;

∆G0f, CO2 = -394,37 кДж/моль.

∆G0f, CS2 = 66,65 кДж/моль.

Вычисляем ∆G0 г.реакции:

∆Gr = ∆G0 f,CO2+ ∆G0f, CS2 - 2∆G0f, CdS - 2∆G0f, CO = -394,37 + 66,65 -

- 2(-153,16) - 2(-137,15) = 252,88 кДж.

∆G0r > 0, следовательно, данная реакция в стандартных усло­виях протекать не может и металлический кадмий таким способом получить нельзя.

Пример 3. Прямая или обратная реакция будут протекать при стандартных условиях в системе:

2NO2 (г) = 2NO (г) + О2(г), ∆Нг = 113,2 кДж.

Решение. Для ответа на этот вопрос следует вычислить ∆G0r прямой реакции: ∆G0r = ∆Н0г - T∆S0r, ∆Н0г по условию задачи из­вестно, Т = 298 К, так как условия стандартные. Следовательно, необходимо вычислить ∆S0r, используя табличные значения энтро­пии соответствующих веществ:

S0 NO2 = 240,5 Дж/(моль-К);

S0 O2 = 205,0 Дж/(моль-К);

S0 NO = 210,6 Дж/(моль-К);

∆S0r = 2S0NO + S0O2 - 2S0NO2 = 2∙210,6 +

+ 205,0 - 2∙240,5 = 145,2 Дж/К.

Вычисляем ∆G°r, подставляя ДН°Г и AS°r, переводя при этом Дж в кДж:

AG0r= 113,2 - 298 (145,2/1000) = 70,0 кДж.

∆G0r > 0, следовательно, самопроизвольно в стандартных усло­виях может протекать только обратная реакция.







Date: 2015-10-21; view: 3300; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2019 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию