![]() 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 противостоять манипуляциям мужчин?
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 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- 2) ∆S0 г < 0, так как в реакцию вступает 3 моль газов, а образу- 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: 2774; Нарушение авторских прав |