Термодинамика процесса

Применение законов химической термодинамики дает возмож­ность определить вероятность протекания реакции, максимальную степень превращения и равновесную концентрацию продуктов.

Термодинамическая вероятность протекания химической реак­ции определяется величиной изменения в процессе свободной энергии Гиббса ΔGT.

Зная величину, можно рассчитать константу равновесия реакции по уравнению:

lg KP = – ΔGT0 /4,575T.

Значение и знак при ΔGT являются критерием принципиальной осуществимости процесса, что вытекает из следующих рассужде­ний. Константа равновесия реакции определяется отношением:

KP = k1/ k2 ,

где k1 — константа скорости прямой реакции;

k2 — константа скоро­сти обратной реакции.

Чтобы реакция протекала в прямом направ­лении (слева направо), скорость прямой реакции должна быть выше скорости обратной реакции, т. е. k1 > k2. В таком случае KP будет больше 1, a lg KP > 0.

Согласно уравнению, lg KP > 0 только при условии ΔGT0 < 0. Таким образом, необходимым условием протекания реакции в прямом направлении является отрицательное значение энергии Гиббса. Чем больше числовое отрицательное значение ΔGT0, тем выше скорость прямой реакции.

Изменение свободной энергии образования некоторых углево­дородов в зависимости от температуры приведено на рисунке 11.

 

 

Рисунок 11 — Зависимость свободной энергии об­разования

углеводородов от температуры

 

Как следует из этого рисунка, термодинамическая стабильность всех углеводородов, за исключением ацетилена, понижается с повышением температуры. В одном гомологическом ряду стабиль­ность падает с повышением молекулярной массы. При высокой температуре алкены, алкадиены и арены значительно более устойчивы, чем алканы и циклоалканы. Отсюда можно сделать вывод, что для переработки алканов в алкены достаточно простого нагревания до высокой температуры. Однако алкены при любой температуре неустойчивы к вторичным реакциям, например к полимеризации. Кроме того, даже при относительно низкой температуре термодинамически возможен распад углеводородов на элементы. Вследствие этого общее термодинамическое равновесие системы со временем сдвигается в сторону глубоких превращений (с образованием водорода, метана, смолы, кокса). При высокотемпе­ратурных процессах (например, пиролизе) время, следовательно, становится одним из основных параметров. Кинетические законо­мерности приобретают главенствующую роль над термодинами­ческими. Если конечной целью процесса является получение мак­симального выхода алкена, то реакцию надо остановить в момент наибольшей концентрации алкенов и не дать ей приблизиться к конечному термодинамическому равновесию.

 








Дата добавления: 2015-11-20; просмотров: 676;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.005 сек.