Chimica della formula dell'energia di Gibbs. Energia libera di Gibbs

Tabella 7. Entropie assolute standard S 0 298 di alcune sostanze

Esempio Z. Sulla base dei calori standard di formazione (Tabella 5) e delle entropie standard assolute delle sostanze (Tabella 7), calcolare G reazione procedendo secondo l'equazione

CO (g) + H 2 O (l) \u003d COz (g) + H 2 (g).

Soluzione.G° = H° - TS°; H e S sono quindi funzioni di stato

H 0 freddo = H 0 prod. - H 0 rif. ;

S 0x. R. = S 0 prod. - S 0 rif. .

H0x. R.= (-393,51 + 0) - (-110,52 - 285,84) = +2,85 kJ;

S0x. R.\u003d (213,65 + 130,59) - (197,91 + 69,94) \u003d + 76,39 \u003d 0,07639 kJ / (mol ∙ K);

G0\u003d +2,85 - 298 - 0,07639 \u003d -19,91 kJ.

Esempio 4. La reazione di riduzione di Fe 2 O 3 con idrogeno procede secondo l'equazione

Fe 2 O 3 (c) + ZN 2 (g) \u003d 2Fe (k) + ZN 2 O (g); H= +96,61kJ.

Questa reazione è possibile in condizioni standard se la variazione di entropia  S = 0,1387 kJ / (mol K)? A quale temperatura inizierà la riduzione di Fe 2 Oz?

Soluzione. Calcoliamo  G° reazioni:

SOL \u003d H-TS \u003d 96,61 - 298. 0,1387 = +55,28kJ.

Poiché G > 0, la reazione è impossibile in condizioni standard; al contrario, in queste condizioni si verifica la reazione inversa di ossidazione del ferro (corrosione). Trovare la temperatura alla quale G = 0:

H = TS; T=
A.

Pertanto, a una temperatura di T = 696,5 K (423,5 0 C), inizierà la reazione di riduzione Fe 2 O 3. Questa temperatura è talvolta indicata come la temperatura iniziale della reazione.

Esempio 5. Calcola H 0 , S 0 , G 0 , - la reazione che procede secondo l'equazione

Fe 2 Oz (k) + Z C \u003d 2 Fe + Z CO.

È possibile ridurre Fe 2 Oz con carbonio a 500 e 1000 K?

Soluzione.H 0 freddo e S 0 x.r. troviamo dalle relazioni (1) e (2):

H 0 x.r.= - [-822,10 + 30] = -331,56 + 822,10 = +490,54 kJ;

S 0 x.r.= (2 ∙ 27,2 +3 ∙ 197,91) - (89,96 + 3 ∙ 5,69) = 541,1 J / (mol∙K).

L'energia di Gibbs alle temperature corrispondenti si trova dalla relazione

G 500 = 490,54 - 500 = +219,99kJ;

ΔG 1000 = 490,54 –1000 = -50,56kJ.

Poiché G 500 > 0 e G 1000< 0, то восстановление Fе 2 Оз возможно при 1000 К и невозможно при 500 К.

Tutte le reazioni chimiche sono solitamente accompagnate da un cambiamento sia nell'entropia che nell'entalpia. La relazione tra l'entalpia e l'entropia del sistema è stabilita dalla funzione di stato termodinamico, che viene chiamata Energia libera di Gibbs o potenziale isobarico-isotermo (G). Caratterizza la direzione e il limite dei processi spontanei in condizioni isobariche-isoterme (p = const e T = const). L'energia libera di Gibbs è correlata all'entalpia e all'entropia del sistema dalla relazione

SOL=S-TS. (9)

È impossibile misurare il valore assoluto, pertanto viene utilizzato il cambiamento della funzione durante il corso di un particolare processo:

DG=DH-TDS. (10)

L'energia libera di Gibbs è misurata in kJ/mol e kJ. Il significato fisico dell'energia libera di Gibbs: energia libera di un sistema che può essere convertita in lavoro. Per le sostanze semplici, si presume che l'energia libera di Gibbs sia zero.

Il segno della variazione dell'energia libera di Gibbs DG e il suo valore a Р = const determinano la stabilità termodinamica del sistema:

· se l'energia libera di Gibbs diminuisce in un processo chimico, es. DG< 0, процесс может протекать самопроизвольно, или говорят: процесс термодинамически возможен;

se i prodotti di reazione hanno un potenziale termodinamico maggiore dei materiali di partenza, cioè DG >

· se DG = 0, allora la reazione può procedere sia in direzione diretta che inversa, cioè la reazione è reversibile.

Quindi, i processi spontanei a P=const vanno con una diminuzione dell'energia libera di Gibbs. Questa conclusione è valida sia per i sistemi isolati che per quelli aperti.

La variazione dell'energia di Gibbs del sistema durante la formazione di 1 mol di una sostanza da sostanze semplici stabili in determinate condizioni è chiamata energia di Gibbs della formazione di una sostanza DG arr. , misurato in kJ/mol.

Se la sostanza è in condizioni standard, l'energia di formazione di Gibbs è chiamata energia di formazione di Gibbs standard della sostanza (DG 0 campione 298). L'energia di Gibbs standard di formazione di una sostanza semplice stabile in condizioni standard è uguale a zero. I valori delle sostanze del campione DG 0 298 sono riportati nei libri di riferimento.

cambiamento di energia di Gibbs, come la variazione di entalpia ed entropia, non dipende dal percorso del processo, pertanto, la variazione dell'energia di Gibbs di una reazione chimica DG è pari alla differenza tra la somma delle energie di Gibbs della formazione dei prodotti di reazione e la somma delle energie di Gibbs della formazione delle sostanze iniziali, tenendo conto i coefficienti stechiometrici:

DG 0 298 = S(n i . DG i 0 298) es. - S(n i . DG i 0 298) rif. . (undici)

Energia libera di Helmholtz

La direzione dei processi isocori (V = const e T = const) è determinata dalla variazione dell'energia libera di Helmholtz, chiamata anche potenziale isocoro-isotermo (F):

DF = DU - TDS.

Il segno della variazione dell'energia libera di Helmholtz DF e il suo valore a V = const determinano la stabilità termodinamica del sistema:

· se l'energia libera di Helmholtz diminuisce nel processo chimico, cioè DF< 0, процесс может протекать самопроизвольно, или говорят: процесс термодинамически возможен;

se i prodotti di reazione hanno un potenziale termodinamico maggiore dei materiali di partenza, cioè DF > 0, il processo non può procedere spontaneamente, oppure dicono: il processo è termodinamicamente impossibile;

se DF = 0, allora la reazione può procedere sia in avanti che in senso inverso, cioè la reazione è reversibile.

Di conseguenza, i processi spontanei a V=const procedono con una diminuzione dell'energia libera di Helmholtz. Questa conclusione è valida sia per i sistemi isolati che per quelli aperti.

CINETICA CHIMICA

Concetti base di cinetica chimica

La cinetica chimica è una branca della chimica che studia le velocità e i meccanismi delle reazioni chimiche.

Esistono reazioni chimiche omogenee ed eterogenee:

reazioni omogenee avvengono in un mezzo omogeneo per l'intero volume del sistema (si tratta di reazioni in soluzioni, in fase gassosa);

· reazioni eterogenee avvengono in un mezzo disomogeneo, al limite di fase (combustione di una sostanza solida o liquida).

Il concetto di base della cinetica chimica è il concetto di velocità di una reazione chimica. La velocità di una reazione chimica è intesa come il numero di atti elementari di interazione per unità di tempo per unità di volume (se la reazione è omogenea) o il numero di atti elementari di interazione per unità di tempo per unità di interfaccia di fase (se la reazione è eterogenea).

La velocità di reazione è caratterizzata da una variazione della concentrazione di una qualsiasi delle sostanze di partenza o dei prodotti finali della reazione per unità di tempo ed è espressa: per reazioni omogenee - mol / l s (mol / m 3 s, ecc.), per eterogenee - mol/cm 2 s (mol/m 2 s).

V cf \u003d ± (C 2 - C 1) / (t 2 - t 1) \u003d ± DC / Dt. (1)

La velocità media è un'approssimazione approssimativa, perché nell'intervallo di tempo t 1 ÷ t 2 non rimane costante. La velocità reale o istantanea all'istante t (V) è definita come segue:

V \u003d lim (± DC / D t) \u003d ± dС / dt \u003d ± С "t \u003d tg a, (2)

quelli. la velocità istantanea di una reazione chimica è uguale alla prima derivata della concentrazione di una delle sostanze rispetto al tempo ed è definita come tg della pendenza della tangente alla curva C A \u003d f (t) nel punto corrispondente a un dato tempo t: dС / dt \u003d tga.

La velocità di una reazione chimica dipende da vari fattori:

La natura dei reagenti;

Le loro concentrazioni;

Temperature di processo;

presenza di un catalizzatore.

Consideriamo più in dettaglio l'influenza di ciascuno di questi fattori sulla velocità di una reazione chimica.

Uno dei problemi più importanti risolti dalla termodinamica è l'affermazione della fondamentale possibilità (o impossibilità) del verificarsi spontaneo di un processo chimico.

Come accennato in precedenza, il flusso di un processo chimico è favorito da un aumento dell'entropia del sistema. Un aumento dell'entropia si ottiene separando particelle, rompendo legami chimici, distruggendo reticoli cristallini, dissolvendo sostanze, ecc. Tuttavia, tutti questi processi sono inevitabilmente accompagnati da un aumento dell'entalpia del sistema, che impedisce al processo di procedere. Ovviamente, per risolvere il problema della possibilità fondamentale di un processo chimico, è necessario tener conto simultaneamente della variazione sia dell'entropia che dell'entalpia del sistema. A temperatura e pressione costanti, a tale scopo viene utilizzata una funzione termodinamica chiamata energia libera di Gibbs (a volte semplicemente energia di Gibbs). L'energia libera di Gibbs (G) è correlata all'entalpia e all'entropia dalla seguente equazione:

La variazione dell'energia di Gibbs durante la transizione del sistema dallo stato iniziale allo stato finale è determinata dalla relazione:

∆G = ∆H - T∆S

Poiché l'equazione è valida per processi che avvengono a temperatura e pressione costanti, viene chiamata la funzione G potenziale isobarico-isotermo. Nell'equazione risultante, il valore di ΔН valuta l'influenza del fattore di entalpia e il valore di ТΔS - il fattore di entropia sulla possibilità del processo. Nel suo significato fisico, l'energia libera di Gibbs è quella parte di ΔН che, in determinate condizioni, può essere convertita in lavoro svolto dal sistema contro forze esterne. Il resto di ΔН, pari a ТΔS, rappresenta energia "non libera", che va ad aumentare l'entropia del sistema e non può essere convertita in lavoro. L'energia libera di Gibbs è un tipo di potenziale che determina la forza motrice di un processo chimico. Come i potenziali fisici (elettrici, gravitazionali), l'energia di Gibbs diminuisce man mano che il processo procede spontaneamente fino a raggiungere un valore minimo, dopodiché il processo si interrompe.

Lascia che una reazione (processo di non equilibrio) proceda spontaneamente nel sistema a pressione e temperatura costanti. In questo caso, ∆H< TΔS, соответственно ΔG <0. Таким образом, изменение функции Гиббса может служить критерием при определении направления протекания реакций: in un sistema isolato o chiuso a temperatura e pressione costanti, avvengono reazioni spontanee, per le quali la variazione dell'energia libera di Gibbs è negativa (ΔG< 0).

Sia reversibile la reazione che avviene nel sistema. Allora, in date condizioni, la reazione diretta è fondamentalmente fattibile se ΔG< 0, а обратная - если ΔG >0; a ΔG = 0 il sistema sarà in uno stato di equilibrio. Per sistemi isolati ΔÍ = 0, quindi ΔG = - TΔS. Così, i processi si verificano spontaneamente in un sistema isolato, portando ad un aumento dell'entropia(seconda legge della termodinamica).

Poiché l'entalpia del sistema è inclusa nell'equazione dell'energia di Gibbs, è impossibile determinarne il valore assoluto. Per calcolare la variazione di energia libera corrispondente al corso di una particolare reazione, vengono utilizzate le energie di Gibbs della formazione dei composti che partecipano all'interazione. L'energia di Gibbs di formazione di un composto (ΔG f) è la variazione di energia libera corrispondente alla sintesi di una mole di un dato composto da sostanze semplici. Le energie di Gibbs della formazione dei composti, riferite a condizioni standard, sono dette standard e sono indicate con il simbolo . I valori sono riportati nella letteratura di riferimento; possono anche essere calcolati dai valori delle entalpie di formazione e delle entropie delle sostanze corrispondenti.

Esempio 1.È necessario calcolare per Fe 3 O 4 se l'entalpia di formazione di questo composto ΔН su f (Fe 3 O 4) = -1117,13 kJ / mol e l'entropia di ferro, ossigeno e Fe 3 O 4 pari a 27,15; 205,04 e 146,19 J/mol. K. Di conseguenza

(Fe 3 O 4) \u003d (Fe 3 O 4) - T ,

dove Δ è la variazione di entropia durante il corso della reazione: 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

La variazione di entropia viene calcolata utilizzando la seguente equazione:

Δ \u003d (Fe 3 O 4) - \u003d

146,19 - (3,27,15 + 2,205,04) = -345,3(J/mol . A);

Δ = -0,34534 kJ/mol K

(Fe 3 O 4) \u003d -1117,13 - 298 (-0,34534) \u003d -1014,2 (kJ / mol)

Il risultato ottenuto ci permette di concludere che la reazione è fondamentalmente possibile in condizioni standard. In questo caso, il fattore di entalpia favorisce la reazione (< 0), а энтропийный - препятствует (Т < 0), но не может увеличить до положительной величины

Poiché G è una funzione di stato, per la reazione: aA + bB = dD + eE la variazione dell'energia di Gibbs può essere determinata dall'equazione

= Σi (pr) - Σj (reag)

Esempio #2. Stimiamo la possibilità fondamentale di ottenere ozono mediante l'interazione dell'acido nitrico con l'ossigeno (condizioni standard) secondo l'equazione:

4HNO 3 (g) + 5O 2 (g) \u003d 4O 3 (g) + 4NO 2 (g) + 2H 2 O (g)

Calcolare la variazione dell'energia di Gibbs in condizioni standard:

= - =

4 162,78 + 4 52,29 - = 1179,82 (kJ)

La reazione spontanea in condizioni standard è fondamentalmente impossibile. Allo stesso tempo, il biossido di azoto può essere ossidato dall'ozono ad acido nitrico, poiché il valore di ΔG per la reazione inversa è negativo.

CINETICA CHIMICA

Qualsiasi reazione chimica è accompagnata dal rilascio o dall'assorbimento di energia. Molto spesso, l'energia viene rilasciata o assorbita sotto forma di calore (meno spesso, sotto forma di luce o energia meccanica). Questo calore può essere misurato. Il risultato della misura è espresso in kilojoule (kJ) per una mole del reagente o (più raramente) per una mole del prodotto di reazione. Questa quantità è chiamata il calore della reazione.

Effetto termico: la quantità di calore rilasciata o assorbita da un sistema chimico durante una reazione chimica che si verifica in esso.

L'effetto termico è indicato dai simboli Q o DH (Q = -DH). Il suo valore corrisponde alla differenza tra le energie degli stati iniziale e finale della reazione:

DH = H con. - H rif. = Mi con. - E rif.

Le icone (d), (g) indicano lo stato gassoso e liquido delle sostanze. Esistono anche designazioni (tv) o (k) - una sostanza solida e cristallina, (aq) - una sostanza disciolta in acqua, ecc.

La designazione dello stato di aggregazione di una sostanza è importante. Ad esempio, nella reazione di combustione dell'idrogeno, l'acqua si forma inizialmente sotto forma di vapore (stato gassoso), durante la cui condensazione può essere rilasciata un po' più di energia. Pertanto, per la formazione di acqua sotto forma di liquido, l'effetto termico misurato della reazione sarà leggermente maggiore che per la formazione del solo vapore, poiché un'altra porzione di calore verrà rilasciata durante la condensazione del vapore.

Viene utilizzato anche un caso speciale dell'effetto termico della reazione: il calore della combustione. Dal nome stesso si evince che il calore della combustione serve a caratterizzare la sostanza utilizzata come combustibile. Il calore di combustione si riferisce a 1 mole di una sostanza che è un combustibile (un agente riducente in una reazione di ossidazione), ad esempio:

L'energia (E) immagazzinata nelle molecole può essere tracciata su una scala di energia. In questo caso, l'effetto termico della reazione (E) può essere rappresentato graficamente

Questa legge fu scoperta da Hess nel 1840 sulla base di una generalizzazione di molti dati sperimentali.

7. Entropia. Energia libera di Gibbs. Criterio termodinamico per la direzione di un processo chimico.

Entropiaè la riduzione dell'energia disponibile di una sostanza come risultato del trasferimento di energia. La prima legge della termodinamica afferma che l'energia non può essere creata o distrutta. Pertanto, la quantità di energia nell'universo è sempre la stessa di quando è stato creato. La seconda legge della termodinamica afferma che l'efficienza di nessun processo reale (irreversibile) può essere del 100% quando si converte l'energia in lavoro.

dove ∆ S- variazione di entropia, Δ Q- cambiamento di calore, Tè la temperatura termodinamica assoluta.

Di conseguenza, la quantità di energia da convertire in lavoro o calore diminuisce continuamente nel tempo mentre il calore si sposta spontaneamente da un'area più calda a una più fredda.

Energia di Gibbs e direzione della reazione

Nei processi chimici agiscono contemporaneamente due fattori opposti: entropia() E entalpia(). L'effetto totale di questi fattori opposti nei processi che avvengono a pressione e temperatura costanti determina il cambiamento Energia di Gibbs():

Da questa espressione deriva che, cioè, una certa quantità di calore viene spesa per aumentare l'entropia (), questa parte dell'energia viene persa per svolgere un lavoro utile (dissipata nell'ambiente sotto forma di calore), viene spesso chiamata energia legata. Un'altra parte del calore () può essere utilizzata per compiere lavoro, quindi l'energia di Gibbs è spesso chiamata anche energia libera.

La natura del cambiamento nell'energia di Gibbs consente di giudicare la possibilità fondamentale di implementare il processo. Quando il processo può procedere, mentre il processo non può procedere (in altre parole, se l'energia di Gibbs nello stato iniziale del sistema è maggiore che nello stato finale, allora il processo può fondamentalmente procedere, se viceversa non può). Se, allora il sistema è in uno stato di equilibrio chimico.

Energia libera di Gibbs(o semplicemente Energia di Gibbs, O Potenziale di Gibbs, O potenziale termodinamico in senso stretto) è una grandezza che mostra la variazione di energia durante una reazione chimica e quindi dà una risposta alla domanda sulla possibilità fondamentale di una reazione chimica; Questo è un potenziale termodinamico della seguente forma:

L'energia di Gibbs può essere intesa come l'energia chimica totale di un sistema (cristallo, liquido, ecc.)

Il concetto di energia di Gibbs è ampiamente utilizzato in termodinamica e chimica.

Il verificarsi spontaneo di un processo isobarico-isotermo è determinato da due fattori: l'entalpia, associata a una diminuzione dell'entalpia del sistema (ΔH), e l'entropia T ΔS, a causa di un aumento del disordine nel sistema dovuto a un aumento di la sua entropia. La differenza tra questi fattori termodinamici è una funzione dello stato del sistema, chiamato potenziale isobarico-isotermico o energia libera di Gibbs (G, kJ)

La definizione classica dell'energia di Gibbs è l'espressione

dove è l'energia interna, è la pressione, è il volume, è la temperatura assoluta, è l'entropia.

Energia differenziale di Gibbs per un sistema con un numero costante di particelle, espressa in autovariabili - attraverso la pressione p e la temperatura T:

Per un sistema con un numero variabile di particelle, questo differenziale è scritto come segue:

Ecco il potenziale chimico, che può essere definito come l'energia che deve essere spesa per aggiungere un'altra particella al sistema.

Ci sono due tendenze nel processo delle reazioni chimiche:

1.N min (fattore entalpico);

2.S max (fattore di entropia).

Entrambi questi fattori agiscono in direzioni reciprocamente opposte e il corso della reazione è determinato da quello che prevale in questo caso particolare. La variazione di entalpia ed entropia durante una reazione chimica tiene conto dell'energia di Gibbs ∆G 0 (kJ): ∆G 0 \u003d ∆H 0 - T∆S 0, dove T è la temperatura assoluta, ∆S 0. – cambiamento standard entropia; ∆Í 0 è la variazione di entalpia standard.

Il valore e il segno di G determinano la possibilità di una reazione chimica spontanea e la sua direzione. A temperatura e pressione costanti, la reazione procede spontaneamente nella direzione che corrisponde alla diminuzione dell'energia di Gibbs.

G< 0 - реакция идет самопроизвольно в прямом направлении;

G > 0 - in queste condizioni la reazione non va in avanti;

G = 0 - la reazione è reversibile (equilibrio chimico).

La variazione di ∆ r G non dipende dal percorso del processo e può essere calcolata dal corollario della legge di Hess: Variazione energetica di Gibbs come risultato di una reazione chimica è uguale alla somma delle energie di Gibbs della formazione dei prodotti di reazione meno la somma delle energie di Gibbs della formazione dei materiali di partenza.

RG 0 = Σ∆ F G 0 prodotti di reazione - Σ∆ F materie prime G 0,

dove ∆ F G 0 è l'energia di formazione standard di Gibbs, kJ/mol; valore di riferimento. ∆ F G 0 sostanze semplici è uguale a zero.

Conferenza #6 . VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE

Cinetica chimica -branca della chimica che studia la velocità e il meccanismo delle reazioni chimiche.La velocità di una reazione chimica chiamato variazione della quantità di reagente per unità di tempo per unità di volume(per reazione omogenea) o interfaccia per unità(per un sistema eterogeneo) La velocità di reazione dipende dalla natura dei reagenti, dalla loro concentrazione, dalla temperatura e dalla presenza di catalizzatori.

Dipendenza della velocità di una reazione chimica dalla natura dei reagenti a causa del fatto che ogni reazione è caratterizzata da un certo valore dell'energia di attivazione. Le reazioni procedono nella direzione della distruzione di legami meno forti e della formazione di sostanze con legami più forti. Per distruggere un legame e formarne un altro, sono necessari determinati costi energetici. Energia di attivazione E a - questa è l'energia in eccesso che le molecole devono avere affinché la loro collisione porti alla formazione di una nuova sostanza. Se l'energia di attivazione è molto bassa (< 40 кДж/моль), то реакция идет с очень большой скоростью, если энергия активации очень велика (>120 kJ/mol), allora la velocità di reazione è incommensurabilmente bassa.

La dipendenza della velocità di reazione dalla concentrazione i reagenti sono espressi legge di azione di massa (LMA): a temperatura costante, la velocità di una reazione chimica è direttamente proporzionale al prodotto delle concentrazioni dei reagenti.

In generale, per omogeneo reazioni nA (g) + mB (g) = pAB (g)

la dipendenza della velocità di reazione dalla concentrazione è espressa dall'equazione:

,

dove C A e C B sono le concentrazioni dei reagenti, k è la costante di velocità di reazione. Per una specifica reazione 2NO (g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g), l'espressione matematica dello ZDM ha la forma: υ ​​= k∙∙

La costante di velocità di reazione k dipende dalla natura dei reagenti, dalla temperatura e dal catalizzatore, ma non dipende dalle concentrazioni dei reagenti. Il significato fisico della costante di velocità è che è uguale alla velocità di reazione a concentrazioni unitarie dei reagenti.

Per eterogeneo reazioni, la velocità di reazione dipende solo dalla concentrazione di gas o soluti e la concentrazione della fase solida non è inclusa nell'espressione matematica dell'MDM. Ad esempio, la velocità della reazione di combustione del carbonio in ossigeno è proporzionale solo alla concentrazione di ossigeno:

C (k) + O 2 (g) \u003d CO 2 (k), υ \u003d k

La dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura. Quando la temperatura aumenta, la velocità di movimento delle molecole aumenta, il che a sua volta porta ad un aumento del numero di collisioni tra di loro.Un aumento della temperatura aumenta il numero di molecole attive e, di conseguenza, aumenta la velocità di una reazione chimica .

Viene espressa la dipendenza della velocità di una reazione chimica dalla temperatura regola di van't Hoff: per ogni 10 °C di aumento della temperatura, la velocità di reazione aumenta di 2-4 volte.

,

dove υ 2 e υ 1 sono le velocità di reazione alle temperature t 2 e t 1,

γ è il coefficiente di temperatura della velocità di reazione, che mostra quante volte la velocità di reazione aumenta con un aumento della temperatura di 10 0 С

Viene descritta una dipendenza più rigorosa della velocità di reazione dalla temperatura Equazione di Arrhenius, che mette in relazione la velocità di reazione costante all'energia di attivazione:

dove A è un fattore costante, che è uguale al numero di collisioni di molecole per unità di tempo, moltiplicato per la probabilità di un'interazione chimica durante una collisione.

La dipendenza della velocità di reazione dal catalizzatore.Sostanze che aumentano la velocità di una reazione ma rimangono chimicamente invariate dopo la reazione, sono chiamati catalizzatori. Viene chiamata la variazione della velocità di una reazione sotto l'azione di un catalizzatore catalisi. Distinguere la catalisi omogeneo E eterogeneo.

Se i reagenti e il catalizzatore sono nello stesso stato di aggregazione, allora catalisi omogeneo:

2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

Se i reagenti e il catalizzatore si trovano in diversi stati di aggregazione, allora catalisi eterogeneo:

N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g)

L'effetto di un catalizzatore è che riduce l'energia di attivazione e quindi aumenta la velocità della reazione.

Lezione numero 7. EQUILIBRIO CHIMICO

Le reazioni chimiche sono divise in irreversibile E reversibile. irreversibile flusso solo nella direzione in avanti (fino a quando uno dei reagenti è completamente consumato), reversibile flusso sia in avanti che in senso inverso (in questo caso nessuno dei reagenti è completamente consumato). Considera la seguente reazione:

L'espressione matematica della legge di azione delle masse per la velocità delle reazioni dirette υ pr e inverse υ arr ha la forma:

υ pr \u003d υ arr \u003d

Quando le sostanze A e B vengono mescolate, la velocità della reazione diretta sarà massima. Quindi le sostanze A e B vengono gradualmente consumate e la velocità della reazione diretta diminuisce. Le sostanze risultanti D e F inizieranno a reagire tra loro e la velocità della reazione inversa aumenterà continuamente all'aumentare della concentrazione delle sostanze D e F. Ad un certo punto, la velocità della reazione diretta diventerà uguale alla velocità della reazione inversa.

Lo stato del sistema in cui la velocità della reazione diretta (υ 1) è uguale alla velocità della reazione inversa (υ 2), chiamato equilibrio chimico.Le concentrazioni di reagenti che si stabiliscono all'equilibrio chimico, chiamato equilibrato.

Legge di azione di massa per processi reversibili: in uno stato di equilibrio chimico a temperatura costante, il rapporto tra il prodotto delle concentrazioni dei prodotti di reazione e il prodotto delle concentrazioni delle sostanze di partenza è un valore costante. Questo valore è chiamato equilibrio costante. Le concentrazioni di equilibrio sono solitamente denotate non dal simbolo "C A", ma dalla formula di una sostanza posta tra parentesi quadre, ad esempio , e la costante di equilibrio espressa in termini di concentrazioni è K C. Per una reazione reversibile aA + bB dD + fF, l'espressione matematica della legge dell'azione di massa ha la forma:

.

Per una specifica reazione omogenea:

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g)

Per una reazione eterogenea CO 2 (g) + C (c) \u003d 2CO (g). La concentrazione della fase solida non è inclusa nell'espressione matematica dell'MDM per sistemi eterogenei.

L'equilibrio chimico è invariato fintanto che le condizioni di equilibrio ( concentrazione, temperatura, pressione) sono mantenuti costanti. Quando le condizioni cambiano, l'equilibrio viene disturbato. Dopo qualche tempo, l'equilibrio si verifica nuovamente nel sistema, caratterizzato da una nuova uguaglianza di velocità e nuove concentrazioni di equilibrio di tutte le sostanze. Il passaggio di un sistema da uno stato di equilibrio a un altro chiamato spostamento dell'equilibrio.

La direzione dello spostamento dell'equilibrio è determinata Principio di Le Chatelier: se un'influenza esterna viene esercitata su un sistema in equilibrio (concentrazione, pressione, variazione di temperatura), allora l'equilibrio si sposta nella direzione della reazione che indebolisce l'effetto prodotto.