Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
Топ:
Основы обеспечения единства измерений: Обеспечение единства измерений - деятельность метрологических служб, направленная на достижение...
Установка замедленного коксования: Чем выше температура и ниже давление, тем место разрыва углеродной цепи всё больше смещается к её концу и значительно возрастает...
Оценка эффективности инструментов коммуникационной политики: Внешние коммуникации - обмен информацией между организацией и её внешней средой...
Интересное:
Что нужно делать при лейкемии: Прежде всего, необходимо выяснить, не страдаете ли вы каким-либо душевным недугом...
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются...
Дисциплины:
2017-11-22 | 348 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Реакции между веществами, находящимися в различном агрегатном состоянии, называются гетерогенными. Эти реакции протекают на границе раздела фаз.
Учитывая, что зоной реакции в этом случае является межфазная граница, скорость реакции будет зависеть не от общей концентрации жидкого или газообразного вещества, а от их концентрации на реакционной поверхности, например на поверхности твердого вещества.
Поэтому в выражении закона действующих масс в этом случае, используют не общую, а поверхностную концентрацию реагирующих частиц. Ее относят к единице поверхности и измеряют в моль/м2. Таким образом, скорость гетерогенной химической реакции будет определяться изменением концентрации реагирующих веществ на единице поверхности в единицу времени и измеряться в моль/м2 с. Так как концентрация твердого реагента в процессе реакции не изменяется, то она в выражении для скорости реакции не учитывается.
Например, скорость реакции Si(тв) + 02(г) =Si02(тв) будет рассчитываться по уравнению ν = k [02].
В гетерогенных процессах общая скорость реакции очень часто определяется скоростью доставки реагирующих веществ к реакционной поверхности или скоростью отвода продуктов реакции, т.е. скоростью диффузии. В таких реакциях для расчета скорости используют не поверхностную, а объемную концентрацию газообразных и жидких веществ. В этом случае скорость гетерогенной реакции становится функцией площади реакционной поверхности, так как чем больше поверхность, тем больше число столкновений реагирующих частиц, тем быстрее убывает концентрация газообразного вещества, значит и выше скорость реакции.
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
|
Если в ходе химической реакции одно из реагирующих веществ расходуется полностью, то такая реакция называется необратимой. К разряду необратимых реакций с хорошей долей приближения можно отнести реакции, идущие с образованием газов, труднорастворимых и малодиссоциирующих веществ.
Возможность образования таких соединений может служить критерием того, возможна данная реакция или нет.
Однако большое число химических реакций визуально прекращается задолго до того, как исходные вещества израсходовались. В этом случае говорят, что реакция достигла состояния равновесия.
Рассмотрим процесс достижения этого состояния на примере реакции взаимного превращения двуокиси и четырехокиси азота. Двуокись азота - газ, имеющий темно-бурую окраску, при охлаждении подвергается димеризации, образуя новое вещество N2O4, не имеющее окраски.
Если в стеклянный сосуд при высокой температуре и нормальном давлении поместить двуокись азота, запаять этот сосуд, а затем начать его охлаждать, то мы увидим, как окраска постепенно бледнеет, а затем выпадают бесцветные кристаллы.
Этот переход соответствует реакции 2NO2 → N2O4. Повторное нагревание колбы приводит к окрашиванию газа N2O4 → 2NO2. Если зафиксировать температуру при стандартных условиях, то в колбе будет газ светло - бурой окраски, которая не будет изменяться сколь угодно долго. Таким образом, при комнатной температуре в сосуде присутствуют оба газа, находящиеся в равновесии.
Прямая реакция 2NO2 → N2O4 является реакцией второго порядка, и ее скорость будет равна
ν1 = k 1 [NO2]2
Обратная реакция N2O4 → 2NO2 является реакцией первого порядка и ее скорость будет равна
ν2 = k 2 [N2O4]
При условии химического равновесия скорость прямой реакции равна скорости обратной, т.е. начиная с этого момента в системе устанавливаются некоторые концентрации обоих газов, которые в дальнейшем не изменяются.
k 1[NO2]2 = k 2[N2O4] или К = .
Это уравнение определяет состояние химического равновесия данной реакции, а величина К - КОНСТАНТА ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ. Видно, что она равна отношению констант скоростей прямой и обратной реакций.
|
В общем случае для реакции aA + bB + … ⇄ cC + dD + … константа химического равновесия равна отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам.
= . (6.7)
Константа химического равновесия не зависит от механизма реакции и определяет глубину ее протекания до момента достижения равновесного состояния. Чем больше константа равновесия, тем больше степень превращения реагентов в продукты.
Константа химического равновесия так же, как и константы скоростей реакций, являются функциями только температуры и природы реагирующих веществ и не зависят от их концентрации.
Для гетерогенных процессов концентрация твердых веществ в выражение скорости реакции и константы химического равновесия не включается, так как реакция протекает на поверхности твердой фазы, концентрация которой остается во времени постоянной. Например, для реакции
FeO(тв) + CO(г) ⇄ Fe(тв) + CO2(г)
выражение константы равновесия будет иметь вид:
= , .
Из термодинамики известно, что убыль свободной энергии химической реакции, идущей при p,T = const, не зависит от пути процесса и равна максимальной полезной работе реакции:
D G = -A max. (6.8)
Чем отрицательнее D G хр, тем сильнее выражена принципиальная возможность данного процесса.
Рассмотрим химическую реакцию, протекающую обратимо при p,T = const в газовой фазе A + B = C + D.
Для газов A = υRT ln , где Р 2 и Р 1 конечное и начальное давление в системе. Тогда для нашего случая
- D G = υRT ln Pc , где = Кр.
Из этих уравнений вытекает взаимосвязь между изменением свободной энергии Гиббса и константой химического равновесия:
D G = - RT ln Kp,(6.9)
Это выражение лежит в основе термодинамических расчетов констант равновесия и, следовательно, равновесных выходов продуктов реакции.
Учитывая, что для газов Рi = CiRT, константу равновесия можно выразить через молярные концентрации реагирующих веществ
Kc =
Cвязь между К р и К с выражается уравнением
Кр = (RT) D υKc, (6.10)
где Dυ - изменение числа молей газообразных веществ в ходе реакции.
|
Из соотношения D G = -RT ln K следует, что чем больше убыль свободной энергии Гиббса, тем больше константа равновесия. Зная изменение свободной энергии в химической реакции и рассчитав К по закону действующих масс, можно определить равновесные концентрации реагирующих веществ.
Соотношение между G и К является универсальным и применимо к любому типу равновесных процессов: диссоциации электролитов, равновесию жидкость - насыщенный пар, растворенное вещество – насыщенный раствор, позволяет рассчитывать константы равновесия окислительно-восстановительных реакций.
«ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ - ЭТО УСТОЙЧИВОЕ СОСТОЯНИЕ, ПРИ КОТОРОМ РЕАКЦИИ В ПРЯМОМ И ОБРАТНОМ НАПРАВЛЕНИИ ИДУТ С РАВНЫМИ СКОРОСТЯМИ».
К состоянию равновесия можно подойти, взяв в качестве исходных веществ А и В, либо С и Д, так как положение истинного равновесия не зависит от состава исходной смеси, то есть не зависит от того, с какой стороны к нему подходят.
Поскольку уравнение для константы химического равновесия выводится из условия равенства скоростей прямой и обратной реакций, то в это выражение входят не начальные, а равновесные концентрации веществ, не зависящие от времени. Равновесная концентрация вещества определяется как разность между исходной концентрацией вещества и тем количеством вещества, которое прореагировало к моменту равновесия.
|
|
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!