Термодинамика химического равновесия.

Химические реакции делятся на обратимые и необратимые. Необратимые протекают до конца, о чем свидетельствует выделение осадка, газа, изменение цвета раствора. Обратимые протекают как в прямом, так и в обратном направлении и характеризуются соответствующими скоростями прямой и обратной реакций. С течением времени наступает такой момент, когда скорость прямой реакции будет равна скорости обратной реакции и наступает химическое равновесие. V_пр = V_обр.

 

Реакция	Прямая реакция	Обратная реакция
aA + bB = cC + dD	aA + bB → cC + dD	cC + dD → aA + bB
Hb + O2 = HbO2	Hb + O2 → HbO2	HbO2 → Hb + O2
N2 + 3H2 = 2NH3	N2 + 3H2 → 2NH3	2NH3 → N2 + 3H2

 

V

V_пр

 

химическое равновесие

 

V_обр

t

Рис.: зависимость скорости реакции от времени.

 

Условия химического равновесия:

1. Кинетическое: при достижении химического равновесия концентрации веществ в системе перестают изменяться и остаются постоянными при неизменных условиях (Т, р).

2. Термодинамическое: при достижении химического равновесия энергия Гиббса становится минимальной и перестает изменяться ∆G = 0.

 

 

G_{исх. в-в} G_прод.

 

 

хим. равновесие: G_{исх. в-в} – G_прод. = 0 = ∆G

Рис.: изменение энергии Гиббса.

 

Энергия Гиббса системы определяется не только Т – температурой и р – давлением, но и зависит от химического потенциала - m. Химическим потенциалом вещества в данной системе называют величину, которая определяет количество энергии Гиббса, приходящееся на 1моль этого вещества.

m(х) = G(х) / n(х)

где n – количество вещества (моль). Таким образом, энергия Гиббса зависит и от количества вещества: G(х) = m(х) × n(х).

В раствороах химический потенциал вещества зависит от концентрации вещества и природы растворителя:

m(х) = m⁰_х + R×T×lnC(х)

где R – универсальная газовая постоянная = 8,314 Дж/мольК;

Т – абсолютная температура опыта (К);

ln – натуральный логарифм;