В Химия. Учеб. пособие
-77-
ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И РАВНОВЕСИЕ
Фазовые равновесия
При давлениях и температурах, соответствующих точкам выше линии АВ, пар полностью сконденсирован в жидкость (С = 2). Верхний предел кривой испарения AB находится в точке В, которая называется критической точкой (для воды 374 oС и 218 атм). Выше этой температуры фазы жидкости и пара становятся неразличимыми (исчезает четкая межфазная граница жидкость/пар), поэтому Ф = 1.
Линия АБ – это кривая возгонки льда (иногда ее называют линией сублимации), отражающая зависимость давления водяного пара надо льдом от температуры. Эта линия соответствует моновариантному равновесию (лед) ←→ (пар) (С = 1). Выше линии АБ лежит область льда, ниже – область пара.
Линия АГ – кривая плавления, выражает зависимость температуры плавления льда от давления и соответствует моновариантному равновесию (лед) ←→ (жидкая вода). Для большинства веществ линия АГ отклоняется от вертикали вправо, но поведение воды аномально: жидкая вода занимает меньший объем, чем лед. На основании принципа Ле Шателье можно предсказать, что повышение давления будет вызывать сдвиг равновесия в сторону образования жидкости, т. е. точка замерзания будет понижаться.
Исследования, проведенные Бриджменом для определения хода кривой плавления льда при высоких давлениях, показали, что существует семь различных кристаллических модификаций льда, каждая из которых, за исключением первой, плотнее воды.
Тройная точка воды А (точка, отражающая равновесие трех фаз, – жидкости, льда и пара) в отсутствие воздуха находится при 0,0100 oС и 4,6 мм рт. ст. Число степеней свободы С = 3 – 3 = 0 и такое равновесие называют нонва-риантным. В присутствии воздуха три фазы находятся в равновесии при 101,3 кПа (1 атм = 760 мм рт. ст.) и при 0 oС. Понижение тройной точки на воздухе вызвано следующими причинами: 1) растворимостью воздуха в жидкой воде при 1 атм, что приводит к снижению тройной точки на 0,0024 oС; 2) увеличением давления от 4,6 до 760 мм рт. ст., которое снижает тройную точку еще на 0,0075 °С.
Контрольные вопросы и задания
1. Что называется скоростью химической реакции (средней, истинной), каковы единицы измерения скорости?
2. Какую зависимость выражает закон действия масс? Сформулировать его и дать математическую запись закона для конкретных реакций: а) реакции синтеза аммиака; б) реакции окисления оксида серы (IV) в оксид серы (VI).
3. Как зависит скорость химических реакций от температуры? Дать определение энергии активации и активных молекул.
4. Что такое катализ? В чем заключается суть действия катализатора? Дать определение гомогенного и гетерогенного катализа.
5. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от 20 до 80 °С? Температурный коэффициент равен двум.