Уравнение изотермы химической реакции
Рассмотрим реакцию, протекающую в газовой фазе при постоянной температуре Т:
νАA + νВВ ↔ νСС + νDD .
Пусть все реагенты представляют собой идеальные газы.
Сумма произведений химических потенциалов на стехиометрические коэффициенты представляет собой изменение общей энергии Гиббса гомогенной системы:
. (8)
Для рассматриваемой реакции выражение (8) можно записать следующим образом:
(9)
Химический потенциал каждого из участников реакции описывается выражением:
. (10)
С учетом этого энергия Гиббса реакции равна:
, (11)
где 
.
Тогда выражение (11) можно записать следующим образом:
, (12)
или в общем виде:
. (13)
Полученное уравнение называют уравнением изотермы химической реакции для неравновесного состояния системы. Первое слагаемое представляет собой стандартную энергию Гиббса реакции, т.е. энергию Гиббса реакции, парциальные давления участников которой равны 1 бар. Во втором слагаемом под знаком логарифма стоят величины Рi, представляющие собой неравновесные парциальные давления реагирующих веществ.
При достижении равновесия в соответствии с уравнением (1) ∆G = 0, и из уравнения (13) получим уравнение изотермы химической реакции для равновесного состояния:
. (14)
Следует помнить, что в последнем выражении под знаком логарифма стоит отношение произведений равновесных значений парциальных давлений продуктов и реагентов в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам. Это произведение принято называть константой равновесия химической реакции. С учетом константы равновесия уравнение изотермы химической реакции (13) можно переписать в виде:
. (15)
Выражения (13) – (15) играют чрезвычайно важную роль в прикладной термодинамике:
• используя справочные термодинамические данные для расчета ∆Go (смотри методы расчета энергии Гиббса химических реакций), можно, не проводя эксперимента, определить константу равновесия и состав равновесной смеси;
• если известны стандартная энергия Гиббса реакции (или константа равновесия) и парциальные давления реагирующих веществ в момент их смешения, можно по знаку ∆G судить о направлении процесса,
• второе слагаемое в уравнении изотермы представляет собой функцию текущих значений парциальных давлений (концентраций) участников реакции, поэтому с его помощью можно оценить значения давлений (концентраций) веществ, при которых процесс будет осуществляться в желаемом направлении при T = const.