Entalpia standard, EXEMPLU 1.Vychislenie valorilor de formare pentru căldura de formare a reactanților și a produșilor de reacție.
Problema 1. Se calculează căldura de reacție, în cazul în care valorile căldurile de formare a reactanților și a produselor sunt:
Decizie. În conformitate cu rezultatul legii Hess
EXEMPLU 2.Vychislenie schimbă în energie internă.
Problema 1. Se determină variația energiei interne a 46,8g evaporarea benzen la 20 ° C Căldura de vaporizare a benzenului la această temperatură a fost de 30,92 kJ / mol. cupluri de benzen se supun legii gazului ideal.
Decizie. Schimbarea energiei interne și efectul termic al procesului sunt interdependente
În concordanță cu ecuația lui Mendeleev-Clapeyron :. atunci
în care: - modificarea numărului de moli de substanțe gazoase rezultate din proces.
proces de evaporare Benzen
. căldura de evaporare este benzen 30,92kDzh / mol. adică. Schimbarea în energie internă evaporarea 1 mol de benzen
Numărul de moli de benzen
Schimbarea în energie internă evaporarea benzenului este 48,6g.
EXEMPLU 3.Opredelenie efectul termic al reacției pe baza efectelor termice ale etapelor individuale ale procesului.
Problema 1. Având în trei ecuații ale reacțiilor chimice:
Se determină căldura de reacție.
Decizie. Orice reacție chimică complexă poate fi reprezentat ca suma algebrică a etapelor sale separate. Este ușor de văzut că reacția este rezultatul combinațiilor de cele trei etape (1) - (2) + (3). atunci
Exemplul 4.Raschet Efectele termice pe baza energiei legăturilor chimice. energii calificare legătură chimică bazate pe standardul entalpia de formare cu cealaltă energie și explodarea sunt formate în legăturile chimice de reacție.
Problema 1. Se calculează energia unei legături chimice în molecula HBr, în cazul în care căldura de reacție cunoscută.
și disociere energii ale moleculelor H2 și Br2.
Decizie. Să presupunem că procesul are loc prin etape reactivi de disociere și formarea moleculei HBr. Acest proces poate fi reprezentat printr-un set de următoarele etape:
În conformitate cu legea lui Hess
Astfel, energia de legare a HBr.
Exemplul 5.Opredelenie inversare a entropiei bazată pe structura stările inițiale și finale ale sistemului.
Problema 1. Cum entropia procesului de topire a gheții?
Decizie. Schimbarea în entropie a procesului caracterizează cantitatea
Statul cristalin caracterizat printr-o rânduială ridicată datorită structurii rețelei cristaline în care atomii sunt rigid interconectate și au un număr limitat de grade de libertate. Această structură poate fi reprezentată printr-un număr mic microstare. În stare lichidă moleculele au o mai mare libertate de mișcare relativă între ele, rezultând într-un număr semnificativ mai mare de combinații de dispunere reciprocă a moleculelor (microstările). Prin urmare, această stare are valori mari S, decât starea cristalină, adică, . Acest lucru conduce la o schimbare pozitivă în entropie.
proces marca EXEMPLU 6.Opredelenie bazată pe schimbarea entropie a structurii reactanți și produși de reacție.
Problema 1. Cum este entropia unui procedeu de hidrogenare fenol
Decizie. Ca și în exemplul anterior, procesul este determinat de diferența entropiile stări finale și inițiale
Dintre cele două structuri C6 H11 OH și C6 H5 OH anterior este mai mare ca conține un număr mai mare de legături chimice și creșterea numărului de unități structurale (atomi). Prin urmare. Mai mult, al doilea reactant este un gaz al cărui molecule sunt autonome și au nenumărate microstare, cu toate acestea. Toate acestea conduc în conformitate cu (1) o scădere a entropiei în timpul procesului.
EXEMPLU 7.Vyyavlenie posibilitatea reacției chimice asupra magnitudinea schimbării energiei Gibbs.
Problema 1. În ce direcție va curge condiții standard de reaktsiyav?
Decizie. schimbarea energiei Gibbs în reacție caracterizată prin ecuația
Deoarece. în condițiile standard, această reacție poate continua spre formarea.
schimbare EXEMPLU 8.Vychislenie în energia Gibbs într-o reacție chimică din valorile căldurile formării și entropia reactanților și produșilor de reacție.
Problema 1. Calculați schimbările de energie reacția chimică Gibbsadlya. Este posibil să progresul acestei reacții în condiții standard?
Decizie. Noi folosim pentru valorile sarcinii caldurile de formare și de entropie a reactanților și a produselor de reacție:
schimbarea energiei Gibbs în reacția chimică la temperatura T poate fi calculată conform ecuației
calculate pe baza consecințelor legii Hess (a se vedea ur al 7-lea.):
Schimbarea entropiei în conformitate cu ecuația (6), este exprimată prin ecuația:
schimbarea energiei Gibbs în reacția chimică este egal cu
Din rezultatele de calcul () care, în condiții standard, reacția este fezabilă.
1.5. cinetică chimică și echilibru
știință chimică Kinetics-Secțiunea studierea ratele de reacție chimică și factorii care influențează viteza reacțiilor.
Termodinamicii pe baza valorilor G, sau alte criterii dă răspunsul la întrebarea fezabilitatea principal al unui proces. Dar ea nu poate răspunde la întrebarea de cât de repede tranziția poate fi efectuată în direcția termodinamic favorabilă. Dacă această tranziție este caracterizată de timp infinit, atunci acest proces este dezavantajoasă pentru a efectua, în aceste condiții și este necesar să se utilizeze factorii care l-au intensificat. De exemplu, reacția de oxidare hidrogenului
fără nici influențe externe nu curge în condiții standard, în ciuda sale termodinamic favorabile (). Adăugarea unui astfel de sistem catalitic, platină negru, rezultând într-un instantaneu reacționat - expunere. Acest rezultat poate fi ilustrat prin următoarea diagramă de energie (Fig.1).
Diagrama energetică Fig.1 a reacției.
Se poate observa că are o valoare negativă, determină fezabilitatea procesului. În același timp, EA bariera de energie. care trebuie să depășească reacția este destul de mare. O astfel de barieră este dificil de depășit, și care este exprimat într-o rată de reacție scăzută la infinit. Atunci când este utilizat în acest proces, catalizatorul, reacția cu ea începe să curgă prin noua putere de canal (linia punctată). Puteți vedea că barierele care trebuie depășite de sistem, care trece prin canalul este semnificativ mai mic și propriile sale rezerve de energie suficientă pentru a le depăși cu o răzbunare. Acest lucru se reflectă într-o accelerare bruscă a reacției.
reacție chimică ireversibilă viteză Ecuația
Ea poate fi exprimată în forma următoare:
k - rată constantă, definită ca magnitudinea vitezei cu concentrațiile de reactiv unice [A] = 1 mol / l, [B] = 1 mol / l, etc;.
- în particular relevant reactivilor de reacție A, B, etc. determina gradul de influență al reactanților asupra vitezei de reacție ;.
Cantitatea de răspuns privat ... + numit ordinea generală a reacției.
Ecuația (1) în formă concentrată include efectul diferiților factori. Acești factori includ:
Concentrația reactanților este un factor în accelerarea reacțiilor chimice, deoarece, de obicei, ordinele de reacție au o valoare pozitivă. Fizic, este ușor de înțeles: cu creșterea concentrației reactanților crește numărul de molecule pe unitatea de volum, și, prin urmare, probabilitatea de coliziuni care conduc la o interacțiune chimică.
Presiunea servește ca un factor de accelerare a procesului, când reactivul este un gaz. Deci, dacă avem de-a face cu reacția reactanților gazoși, apoi la fiecare dintre ele se aplică legile gazelor.
Din ultima expresie rezultă că
Deoarece prin definiție, concentrația reactantului A și legea lui Dalton de pA sunt liniar dependente de presiunea totală. expresia (2) ia forma:
în care: - fracția molară a componentei A în amestecul gazos. Valoarea poate fi asumată constantă și apoi
Astfel, o creștere a presiunii crește concentrația reactanților gazoși și în această privință, servește ca un factor de viteză de proces.
Dacă sistemul de reacție este un gaz - lichid, creșterea presiunii parțiale a gazului reactant, în conformitate cu legea lui Henry conduce la o creștere a solubilității sale în masa de reacție lichid, la care de obicei reacțiile. Astfel, în acest caz, presiunea acționează ca un factor de creștere a concentrației de reactant și, prin urmare, factorul de viteză de proces.
Efectul temperaturii asupra vitezei de reacție se datorează efectului său asupra constantei de viteză. Ecuația de bază care ilustrează această influență - ecuația Arrhenius:
A - factor pre-exponențial;
EA - energia de activare, care are sensul excesului de energie minim, care trebuie să aibă particule răspundă în comparație cu energia lor medie să reacționeze.
Efectul de accelerare a temperaturii justificată fizic creșterea temperaturii crește proporția de particule având un exces EA minim de energie. garantându-le depăși o barieră de energie.
Altele, expresie mai puțin severe pentru efectul temperaturii asupra vitezei de reacție chimică - ecuația Hoff van't:
- viteze de reacție la temperaturile T1 și respectiv T2;
- van't factor Hoff care indică cât de multe ori crește rata de reacție cu creșterea temperaturii până la 10 ° C
Acțiunea catalizatorului ca factor de accelerare a procesului discutat mai sus. Sensul acțiunii de accelerare a catalizatorului - coborârea barierei energetice a reacției (EA).
Reacțiile în care cel puțin ultima acumularea produșilor de reacție reacționează între ele pentru a forma pornire reactivi sunt numite reversibil.
Deoarece aceste reacții sistemul se apropie de echilibru, în care înainte și reacții inverse sunt viteza egale. Dacă un sistem în echilibru nu operează factori externi, această stare rămâne neschimbată la nesfârșit, și se caracterizează prin compoziția constantă a masei de reacție.
Pentru o reacție chimică reversibilă
starea de echilibru definit de viteză înainte și reacții inverse
Din ultima expresie rezultă că
Deoarece este o constantă, atunci partea dreaptă a ecuației (5) va fi de asemenea constantă, reflectând compoziția invariabilitatea a masei de reacție într-o stare de echilibru. = Valoarea K este constanta de echilibru, care caracterizează starea sistemului în echilibru.
În condiții standard, următoarea relație valabilă pentru reacția reversibilă
Pe baza acestui raport și modelul 1, se poate demonstra că un catalizator de accelerare înainte și reacția inversă accelerează doar atingerea echilibrului, fără a influența poziția. Într-adevăr, atât în reacția catalitică și necatalitică nu se schimbă, și, prin urmare, nu se schimbă și K, și în consecință, compoziția sistemului în echilibru.
Principiul de deplasare de echilibru (Le Chatelier Principiul lui) determină direcția de deplasare de echilibru sub influența diferiților factori:
Dacă un sistem în echilibru, este o acțiune externă, echilibrul trece la partea de proces, atenuând acest efect.