Химиялық термодинамиканың негізі § термодинамиканың бірінші заңы термодинамикалық түсініктер мен анықтамалар
§ 6. ТЕПЕ-ТЕҢДІК КОНСТАНТАСЫ ЖӘНЕ ТЕМПЕРАТУРА
жүктеу/скачать 0,9 Mb.
|
| § 6. ТЕПЕ-ТЕҢДІК КОНСТАНТАСЫ ЖӘНЕ ТЕМПЕРАТУРА
Химиялық тепе-теңдік сыртқы жағдайға тәуелді өзгеріп тұратын динамикалық құбылыс. Мысалы, температура өзгерсе, химиялық реакциялардың жылдамдығы артып не кеміп, тепе-теңдікке әсер етеді. Берілген тұрақты қысымдағы тепе-теңдік константасының температураға қатысты функционалды тәуелділігін реакция изотермасын сипаттайтын (68) және Гиббс-Гельмгольц теңдеулері негізінде анықтауға болады. (68) теңдеуді температура бойынша дифференциалдаған кезде, парциалды қысым температураға тә-уелсіз деп есептеледі. Сонда: болса- онда В-нің мәнін табу арқылы кез келген температурадағы тепе-теңдік константасын (Кр) табуға болады. (ΔΗ және Кр бірдей қысымда, бірдей жағдайда болғаны абзал). (74) теңдеуден тепе-теңдіқ кон-стантасының логарифмі мәнінің температураның кері мәніне түзу сызықты функционалды тәуелді екенін көреміз (12-сурет). Осы түзудің абсциссаға көлбеу бұрышы энтальпияның универсалды газ тұрақтылығына қатынасын көрсетсе, сол түзудің ординатаны қиған бөлігі интегралдау тұрақтысы В-ны көрсетеді. Демек, реакциялардың химиялық тепе-теңдігін зерттеу тепе-теңдік кезіндегі концентрацияларды есептеп шығарумен қатар, осы реакциялардың энтальпиясы мен энтропиясын анықтауға мүмкіндік береді. Гиббс-Гельмгольц және (73) теңдеулері негізінде реакцияның изохоралық теңдеуін жазайық (Вант-Гофф, 1885): Бұл теңдеу де (73) теңдеу секілді пайдаланылады. Реакцияның изобаралық және изохоралық теңдеуіне назар салсақ, одан эндотермиялық реакциялардағы температура көтерілсе, тепе-теңдік константасы артатынын, яғни ΔΗ>0 екенін көреміз. Осы негізде, мұндағы теңдеудің оң жақтағы бөлігі — оң шама, ал сол жақтағы бөлік те оң болу үшін, температура көтерілгенде оған сәйкес тепе-теңдік константасы (Кр) жоғарылауы керек. Ал реакциялар эндотермиялық болса, энтальпия нөлден кіші (ΔΗ<0), температура төмендегенде Кр жоғарылайды. Жоғары температурада термиялық реакциялар аяғына дейін жүреді, ал изотермиялық реакциялар төменгі температурада аяғына дейін жүреді. Егер системада химиялық реакция жүретін болса, онда осы систем.аның тепе-теңдік шартын анықтау керек. Мысалы, системаға қоршаған орта әсер етті делік, ондайда реакцияның жүру жолын сипаттап, тепе-теңдікке қандай фактордың қалай ықпал еткенін білу керек. Қайтымды реакциялардың ешқайсысы ешқашан да соңына дейін жүрмейтінін өмірдегі тәжірибелер көрсетіп келеді. Өйткені олар бірден қатарынан екі бағытта жүреді, осы екі реакцияның, жылдамдығы өзара теңелгенде ғана тепе-теңдік орнайды. Сондай-ақ тепе- теңдікке термодинамикалық факторлар, көлем, қысым, концентрация және температура әсер етеді. Системадағы тепе-теңдіктің қандай бағытта, қалай ығысатынын көрсететін тепе-теңдік ережесі және ығысу ережесі бар. Бұл ережелер тепе-теңдіктің ығысуындағы Ле-Шателье принципі делінеді. Егер тепе-теңдіктегі системаға сыртқы жағдай әсер еткенде кысым, көлем, концентрация, температура өзгеретін болса, реакция осы өзгеріске себепкер болған факторларды төмендету бағытында жүреді, яғни системадағы тепе-теңдік сыртқы жағдайдың әсерін әлсіретуге бағытталады. Сыртқы жағдайдың әсерін, мысалы, концентрация әсерін қарастырайық. СО (г) +Н20 (г) ↔С02 (г) +Н2 (г) Осы заттардың концентрацияларын арттырып көрелік. Бұл кезде оңға қарай жүретін тура реакцияның жылдамдығы артады және бұған сәйкес солға қарай жүретін кері реакцияның жылдамдығы азаяды. Егер реагенттердің концентрацияларын көбейтсе, оларға тең не сәйкес үлесте реакция өнімі артады. Мұндайда реакцияның тепе-теңдік константасы өзгеріссіз қалады, демек реакция өнімі .артқанмен тепе-теңдік ығысуы байқалмайды. Бұл болмау үшін реакция өнімдерінің біреуін ортадан үнемі алып отыру қажет. Ол үшін реакция өнімінің бірін не шөгінді, не газ, не өзге қосылыстармен әрекеттестіру арқылы реакция жүріп жатқан ортадан басқа жаққа әкетіп отырады: СО2 + СаО+ СаСО3 немесе 2 NаОН + СО2→Na2СО3 + Н2О. Бұл келтірілген екі реакцияда да көміртек (IV) оксиді реакция ортасынан толығымен не жартылай кетеді. Әрине, мұның салдарынан екі реакция да оңға қарай жақсы жүріп, солға қарай нашар, кейде мүлдем жүрмейді. Сондықтан мұндағы тепе-теңдік оңға ығысады. Бұл реакция ортасынан кальций карбонаты нашар не тіпті ерімейтін шөгінді түзіліп, шығып қалады. Ал, реакцияға түсетін реагенттердің концентрациясын азайту нәтижесінде химиялық тепе-теңдікті оңнан солға қарай ығыстыруға болады. 2. Енді қысым әсерін көрейік. Ол үшін газ түріндегі біркелкі, яғни гомогенді система қажет. Оған азот пен сутектің әрекеттесіп, аммиак түзілетін реакция (1) мысал болады. Оған қосымша NН4С1 ыдырауын (2) да алайық. Қысым көбейсе газ сығылып, көлемі кемиді. Мұндайда тепе-тендік солдан оңға қарай ығысады. Ал қысым кемігенде, химиялық тепе-теңдік оңнан солға қарай ығысады (1). Ал ыдырау реакциясында (2) тепе-теңдік солдан оңға қарай ығысуы үшін қысымды азайту, ал ол кері болу үшін қысымды көбейту қажет. 3. Температураның реакцияға әсері жайлы өте көп айтылған. Экзотермиялық реакциялардың температурасын жоғарылатқанда қосымша жылу жинақталады, сондықтан да мұндай реакциялар оңнан солға қарай жүреді. Мұндай реакциядағы тепе-теңдікті, кері, яғни солдан оңға қарай бағыттау үшін бөлінген жылуды әрдайым бөліп әкету керек. Егер системаға жылу берілсе, онда реакциялық қоспаның температурасы жоғарылайды. Мұндайда реакция эндотермиялық болады және химиялық тепе-теңдік солдан оңға қарай ығысады. жүктеу/скачать 0,9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|