Анализ уравнения изотермы реакции

1. Стандартное значение энергии Гиббса реакции. Если концентрации всех реагентов — одномолярные, то энергия Гиббса реакции, соответствующая та­ким условиям, называется стандартной и обозначается . Кроме того, для величин обычно предполагаются и стандартные значения температуры, давления и количества веществ.

 
 

Таким образом, принципиальное отличие от состоит в том, что наряду с обычными стандартными условиями (для Т, Р и п) задается еще одно стандартное условие — постоянные одномолярные концентрации всех участников. С учетом этого в уравнении (4.34, а) пропадает второе слагаемое:

 

Получается, что стандартная энергия Гиббса реакции однозначно связана с константой равновесия.

Подчеркнем еще раз, что величина относится вовсе не к состоянию равновесия (тогда бы ), а к одномолярным концентрациям участников, которые в общем случае не являются равновесными.

2. Связь между и Kp. Обратим внимание на конкретный характер связи между и Кр. Так, из формулы (4.35) следуют соотношения:

 

 

а) В частности, видно: если Кр = 1, то при одномолярных (или даже просто при равных) концентрациях всех реагентов реакция находится в состоянии равновесия.

б) Если Кр >1, то равновесие сдвинуто в сторону прямой реакции, и при равных концентрациях всех реагентов имеется термодинамический стимул для прямого превращения .

в) Наконец, если Кр >1, то прямой процесс (при одинаковых концентрациях участников) самостоятельно не проходит.

3. Зависимость от концентрации участников реакции.

а) Вернемся к уравне­нию изотермы реакции (4.34), которое с учетом (4.35) можно записать и так:

 

Отсюда следует, что за счет концентрационного члена (RT lnПс) изменение энергии Гиббса в реакции может существенно отличаться от стандартного значения, т.е. процесс, эндергонический в стандартных условиях, при соот­ветствующем сдвиге концентраций может становиться обратимым или даже экзергоническим.

б) Считается, что в природных условиях для обратимой (в химическом смыс­ле) реакции Пс вряд ли спускается ниже 10-7или поднимается выше 107. Поэтому максимально возможный вклад концентрационного члена в ограничивают величиной

 

 

в) На основании уравнения (4.34,6),можно получить серию соотношений, поясняющих характер зависимости от концентраций:

 
 

Первое из них означает: если действительные концентрации участников таковы, что Пс совпадает с Кр, то реакция находится в состоянии термо­динамической обратимости. Если Пс является ниже Кр, прямая реакция — экзергонична. И, наоборот, при повышении Пс свыше Кр прямая реакция протекать не может.

 

4.11. Практический расчет ΔGрц

1. На практике рассчитывают энергию Гиббса реакции при известных кон­центрациях участников следующим образом. Проблема сводится к расчету стандартнойэнергии Гиббса реакции, , поскольку, зная ее и концентрации, нетрудно воспользоваться формулой (4.37).

Есть два принципиальных подхода к нахождению :

а) либо по известной константе равновесия реакции (формула (4.35)),

б) либо аналогично тому, как определяется стандартная энтальпия (п. 2.3), а именно — через или участников.

2. Остановимся несколько подробней на втором способе. Прежде всего, уточним, что понимается под величинами и .

а) стандартная энергия Гиббса образованиявещества X; это ΔG реакции об­разования из простых веществ 1 моля X при стандартных условиях и в определенном состоянии, под которым подразумевается

- либо (как и в случае энтальпии ) соответствующее агрегатное состояние вещества (твердое, жидкое или газообразное),

- либо (в отличие от энтальпии) одномолярный водный растворвещества.

б) Соответственно, стандартная энергия Гиббса сгораниявещества X; это ΔG реакции окисления до конечных оксидов 1 моля X, на­ходящегося в определенном состоянии(например, в виде 1 М раствора) и при стандартных условиях.

При этом имеются в виду два обстоятельства:

I. для простых веществ и элементов равны нулю величины (как и ),

II. а для конечных продуктов окисления равны нулю величины (как и

в) Формулы расчета через стандартные характеристики участников реакции аналогичны таковым в случае энтальпии (2.18, а-б):

 
 

Снова необходимо либо из суммы энергии Гиббса образования продуктоввычесть сумму соответствующих величин для реагентов, либо из суммы энер­гии Гиббса сгорания реагентоввычесть сумму соответствующих величин для продуктов.

Пример спиртовое брожение глюкозы:

 

Согласно (2.19,б), для этого процесса . Следовательно, за счет энтропийного вклада способность брожения совершать полезную рабо­ту увеличивается почти втрое. Это очень важно, поскольку подобные процессы служат основным источником энергии у многих анаэ­робных организмов, а при интенсивной мышечной нагрузке – также у животных и человека.

 








Дата добавления: 2016-03-20; просмотров: 835; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


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 - 2014-2022 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.01 сек.