Химическое равновесие в гетерогенных системах

Химические реакции, протекающие на границе раздела фаз, называются гетерогенными химическими реакциями. Если скорости прямой и обратной гетерогенных реакций равны, то наступает гетерогенное химическое равновесие:

С_(к) + 2Н₂О СО₂ + 2Н_{2 ,} (а)

МО_(к) + Н₂ М_(к) + Н₂О, (б)

СаСО₃ СаО_(к)+СО_{2 .} (в)

Условие гетерогенного химического равновесия – равенство нулю изменения энергии Гиббса:

Константа гетерогенного химического равновесия зависит от температуры, при повышении температуры:

t­

Твердые исходные вещества и продукты реакции не влияют на смещение гетерогенного химического равновесия.

9.4 Фазовое равновесие

Равновесие, при котором происходят процессы перехода вещества из одной фазы в другую без изменения химического состава, называетсяфазовым равновесием:

плавление

Твердое вещество жидкость

кристаллизация

испарение

Жидкость пар

конденсация

Условием фазового равновесия является равенство энергии Гиббса нулю DG=0.

Для фазового равновесия соблюдается принцип Ле Шателье.

Выбор параметров, влияющих на равновесие данной гетерогенной системы и условием равновесия определяется ПРАВИЛОМ ФАЗ. Это наиболее общий закон гетерогенного химического и фазового равновесия. Правило фаз Гиббса – Коновалова:

Число степеней свободы в гетерогенной системе равно числу компонентов, плюс число внешних условий и минус число фаз:

С = К + 2 — Ф, (9.8)

где С – число степеней свободы;

К – число компонентов;

Ф – число фаз.

Компонентом называется химически однородная составная часть вещества, которая может быть выделена из системы.

В случае фазового равновесия число независимых компонентов равно общему числу компонентов.

Например: смесь О₂ и N₂ – двухкомпонентная.

При протекании химических реакций число независимых компонентов равно общему числу компонентов за вычетом числа химических реакций, связывающих эти компоненты.

СО₂+С=2СО к=3 – 1 = 2

Числом степеней свободы С называется число внешних условий, которые можно изменить в определенных пределах без изменения числа и вида фаз.

На фазовое равновесие влияют t, p, то n=2, тогда: С=к+2-Ф.

Фазовая диаграмма (диаграмма состояния) -диаграмма, по которой можно определить условия устойчивости фаз и фазового равновесия.

Для однокомпонентных систем:

С = 3 - Ф .

Однофазовые системы имеют две степени свободы и называются бивариантными.

Двухфазовые системы имеют одну степень свободы и называются моновариантной.

Трехфазовая система не имеет степеней свободы (С=0) и называются инвариантной.

Фазовая диаграмма воды (рисунок 10.2):

ОС – равновесие процесса кипения;

точка «С» - критическая точка; выше точки «С» - сверхкритическое состояние: низкая вязкость, высокая диффузионная активность.

ОВ – кривая плавления;

ОА – процесс сублимации;

ОД – метастабильное состояние (переохлаждение);

точка О – тройная точка, существует равновесие между тремя фазами.