Законът на Далтон казва това. Идеални газови смеси
Парциалното налягане е тази част от общото налягане на газовата смес, която се дължи на даден газ или пара.Частичният газ в сместа е равен на налягането на газа в сместа, което би имал сам, заемайки същия обем, какъвто сместа заема при същата температура.
Законът на Далтон.С отсъствие химична реакцияобщото налягане на газовата смес Ptot е равно на сумата от парциалните налягания на всички газове, включени в нея p 1, p 2, p 3 ..., p n:
P общо \u003d p 1 + p 2 + ... + p n. (62)
Парциалното налягане на даден газ е пропорционално на частта от неговите молекули от обща сумамолекули на сместа (моларна фракция):
p i = P общо X i = P общо · . (63)
Молната фракция X i - е отношението на броя молове на дадено вещество - n i (или определен видчастици) към общия брой молове на веществото (или частиците) в системата n i .
Молната фракция може да се припише или на цялата система, или на някаква фаза. В последния случай се взема отношението на броя молове от дадено вещество в тази фаза към общия брой молове вещество, образуващо тази фаза. Сумата от молните фракции на всички вещества, образуващи система (или фаза), е равна на единица.
Съставът на газовите смеси може да се изрази и с тегловни, обемни части. Тегловната част на даден газ в смес е съотношението на масата на този газ към масата на газовата смес.Ако означим тегловните фракции на газовете чрез G 1 , G 2 , G 3 , …, G i ; и масите на газовете в сместа - чрез m 1, m 2, m 3, ..., m i и общо теглогазова смес - през m, тогава получаваме:
G 1 \u003d G 2 \u003d G 3 \u003d ... G n \u003d (64)
G 1 + G 2 + G 3 + ... + G n \u003d 1
m 1 + m 2 + m 3 + ... + m n \u003d m.
За да се изрази съставът на газова смес в обемни единици, е необходимо да се намалят обемите на газовете, които съставят сместа, до едно налягане и една температура. Обемът на отделен газ, който е част от смес, намален до налягането на сместа, се нарича намален обем.За да се намери намаленият обем газ при налягане на газовата смес Ptot и температура T, е необходимо да се използва законът на Бойл-Мариот:
p 1 V общо = v 1 P общо; p 2 V общо = v 2 P общо; p 3 V общо = v 3 P общо; … ; p n V общо = v n P общо,
където v 1, v 2, v 3, ..., v n са намалените обеми на отделните газове, които съставляват сместа; р 1 , р 2 , р 3 , …, р n – парциални налягания на отделните газове;
v 1 = v 2 = v 3 = ...; v n = (65)
Сумата от намалените обеми на отделните газове е равна на общия обем на сместа:
v 1 + v 2 + v 3 + ... + v n = V общо.
Съотношението на намалените обеми на отделните газове към общия обем на сместа се нарича обемна фракцияи се изразява чрез r:
r 1 \u003d r 2 \u003d r 3 \u003d ...; r n = (66)
За газовите смеси съставът, изразен чрез обемни и молни фракции, е един и същ, т.е.:
…; (67)
средата молекулно теглогазова смес, ако са известни обемните фракции на газовете в сместа, изчисляваме по формулата:
M cf \u003d M 1 r 1 + M 2 r 2 + M 3 r 3 + ... + M n r n. (68)
Пример 7Нормализирайте газа (изчислете обема V, който заема дадено количествогаз при 273 K и 1,0133 10 5 Pa), ако при 373 K и 1,333 10 3 Pa неговият обем е 3 10 -2 m 3.
Решение.Съгласно уравнение (59) определяме обема на газа:
Пример 8Газ под налягане 1,2 10 5 N/m 2 заема обем от 4,5 литра. Какво ще бъде налягането, ако без промяна на температурата обемът се увеличи до 5,5 литра?
Решение.Използвайки закона на Бойл-Мариот (52):
където стигаме
Пример 9Изчислете частичните обеми на водните пари, азота и кислорода и парциалните налягания на азота и кислорода във влажен въздух. Общият обем на сместа е 2 10 -3 m3, общото налягане е 1,0133 10 5 Pa, парциалното налягане на водните пари е 1,233 10 4 Pa. Обемният състав на въздуха е 21% O 2 и 79% N 2,
Решение.Изчисляваме частичния обем на водната пара V, използвайки уравнение (65):
V =
Изчисляваме частичните обеми на O 2 и N 2:
V + V \u003d V - V = 0,002 - 0,00024 \u003d 1,76 10 -3 m 3.
V / V = 0,21 / 0,79.
V \u003d 1,76 10 -3 m 3 0,21 \u003d 0,37 10 -3 m 3;
V \u003d 1,76 10 -3 m 3 0,79 \u003d 1,39 10 -3 m 3.
Изчисляваме парциалното налягане на O 2 съгласно уравнение (63):
P \u003d P x,
x \u003d V / V \u003d 0,37 10 -3 m 3 / 2 10 -3 m 3 \u003d 0,186;
P \u003d 1,0133 10 5 Pa 0,186 \u003d 1,866 10 4 Pa;
и тъй като P = P + P + P, тогава
P \u003d 1.0133 10 5 Pa - 1.866 10 4 Pa - 1.233 10 4 Pa \u003d 7.033 10 4 Pa.
Опция 1.
5. Кога нормални условияплътността на въглеродния диоксид е 1,977 kg/m 3 . Какво налягане трябва да се използва за компресиране на газ, така че неговата плътност при 0 ° C да достигне 10 kg / m 3?
6. Газовата смес се състои от 3 m 3 CO 2, взети при налягане 95 940 N / m 2, 4 m 3 O 2 при налягане 106 600 N / m 2, 6 m 3 N 2 при налягане 93 280 N / м 2. Обемът на сместа е 10 m 3. Определете парциалните налягания на газовете в сместа и общото налягане на сместа (температурата е постоянна).
Вариант 2.
5. Масата на 1 m 3 азот при 10ºС и налягане 9,86 · 10 4 N / m 2 е 1,175 kg. Каква е масата на същия обем азот под налягане 1,092 10 5 N/m 2 при същата температура?
6. Сухият въздух има приблизително следния състав (об.%): N 2 78,09; О2 20,95; Ar 0,93; С02 0.03%. Определете масата на 40 m 3 сух въздух при 22ºС и нормално налягане.
Вариант 3.
5. При 37ºС обемът на газа е 0,50 m 3. Какъв обем ще заеме газът при 100°C, ако налягането остане постоянно?
6. Газовата смес се приготвя от 3 литра СН4 при налягане 95,940 N/m2; 4 l H2 при налягане 83,950 N/m 2 и 1 l CO при налягане 108,700 N/m 2 . Обемът на сместа е 8 литра. определят парциалните налягания на газовете в сместа и общото налягане на сместа.
Вариант 4.
5. При 18ºС налягането в бутилката с азот е 1,621·10 6 N/m 2 . При каква температура налягането ще се удвои?
Вариант 5.
5. Изчислете обема на димните газове при нормално налягане, ако техният обем при налягане 9,888 10 4 N / m 2 и постоянна температура е 10 m 3?
6. Горният газ има приблизителен състав (об.%): CO 28; Н 2 3; CO 2 10; N 2 59. изчислете парциалните налягания на съставните газове на сместа, ако общото налягане на газовата смес е 106 400 N / m 2.
Вариант 6.
5. Под какво налягане е кислородът, ако плътността му при 0ºС е 6,242 kg / m 3? Плътност на кислорода при н.о. 1,429 kg / m 3.
6. Газът от подземна газификация има приблизително следния състав (об.%): CO 12; Н 2 14; N 2 62,2; CO 2 10 и CH 4 1.8. Определете състава на тази смес от газове в тегловни проценти.
Вариант 7.
5. Налягането на кислорода в цилиндъра при 15ºС е 1,255·10 7 N/m 2 . С колко ще намалее налягането на газа, ако цилиндърът се охлади до -33ºС?
6. Генераторният газ има приблизително следния състав (тегл.%): CO 2 12; Н 2 14; CO 20; N 2 54. Изчислете обемното съдържание на всеки компонент на генераторния газ.
Вариант 8.
5. Колко кубически метра въглероден диоксид при 22ºС и 99289 N / m 2 могат да бъдат получени чрез изпичане на 1000 kg варовик със съдържание 90% CaCO 3?
6. В цилиндър с вместимост 20 литра при 18ºС има смес от 28 g кислород и 24 g амоняк. Определете парциалните налягания на всеки от газовете и общото налягане на сместа.
Вариант 9.
5. Определете налягането, при което 13,5 g въглероден окис ще бъде в съд с вместимост 8 литра при 150ºС?
Вариант 10.
5. най-висока температурав резервоара за газ през лятото 40ºС, най-ниската през зимата е -30ºС. Колко повече (по маса) метан може да побере газов резервоар с капацитет 2000 m 3 през зимата, отколкото през лятото при нормално налягане?
6. В съд с вместимост 2 литра има 5,23 g азот и 7,10 g водород. изчислете общото налягане на сместа от газове при 25ºС.
Парциалното налягане на всеки газ, който е част от сместа, е налягането, което би се създало от същата маса на този газ, ако заемаше целия обем на сместа при същата температура.
В природата и техниката много често имаме работа не само с един чист газ, а със смес от няколко газа. Например въздухът е смес от азот, кислород, аргон, въглероден двуокиси други газове. От какво зависи налягането на смес от газове?
През 1801 г. Джон Далтън установява това налягането на смес от няколко газа е равно на сумата от парциалните налягания на всички газове, които съставляват сместа.
Този закон се нарича законът за парциалното налягане на газовете
Законът на Далтон Парциалното налягане на всеки газ в смес е налягането, което би било създадено от същата маса на този газ, ако заемаше целия обем на сместа при същата температура.
Законът на Далтон гласи, че налягането на смес от (идеални) газове е сумата от парциалните налягания на компонентите на сместа (парциалното налягане на компонент е налягането, което компонентът би упражнил, ако сам заемаше цялото заето пространство от сместа). Този закон показва, че всеки компонент не се влияе от присъствието на други компоненти и свойствата на компонента в сместа не се променят.
Два закона на Далтон
Закон 1 Налягането на смес от газове е равно на сумата от техните парциални налягания. От това следва, че парциалното налягане на компонент на газова смес е равно на произведението от налягането на сместа и моларната част на този компонент.
Закон 2 Разтворимостта на компонент на газова смес в дадена течност при постоянна температура е пропорционална на парциалното налягане на този компонент и не зависи от налягането на сместа и естеството на другите компоненти.
Законите са формулирани от J. Dalton респ. през 1801 и 1803 г.
Уравнение на закона на Далтон
Както вече беше отбелязано, отделните компоненти на газовата смес се считат за независими. Следователно всеки компонент създава натиск:
\[ p = p_i k T \quad \left(1\right), \]
и общото налягане е равно на сумата от наляганията на компонентите:
\[ p = p_(01) k T + p_(02) k T + \cdots + p_(i) k T = p_(01) + p_(02) + \cdots + p_(i) \quad \left( 2\вдясно),\]
където \(p_i\) е парциалното налягане i на газовия компонент. Това уравнение е законът на Далтон.
При високи концентрации, високи наляганияЗаконът на Далтон не важи точно. Тъй като се проявява взаимодействието между компонентите на сместа. Компонентите вече не са независими. Далтън обяснява закона си с помощта на атомистичната хипотеза.
Нека има i компонент в сместа от газове, тогава уравнението на Менделеев-Клайперон ще изглежда така:
\[ ((p)_1+p_2+\dots +p_i)V=(\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)((\mu )_2)+\dots +\frac(m_i )((\mu )_i))RT\ \quad \left(3\right), \]
където \(m_i \) са масите на компонентите на газовата смес, \((\mu )_i \) са моларните маси на компонентите на газовата смес.
Ако влезете \(\left\langle \mu \right\rangle \)така че:
\[ \frac(1)(\left\langle \mu \right\rangle )=\frac(1)(m)\left[\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)( (\mu )_2)+\точки +\frac(m_i)((\mu )_i)\right] \quad \left(4\right), \]
тогава уравнение (3) може да се запише като:
\[ pV=\frac(m)(\left\langle \mu \right\rangle )RT \quad \left(5\right). \]
Законът на Далтон може да се запише като:
\[ p=\sum\limits^N_(i=1)(p_i)=\frac(RT)(V)\sum\limits^N_(i=1)((\nu )_i)\ \quad \left (6\вдясно). \]
\[ p_i=x_ip\ \quad \left(7\right), \]
Където \(x_i-моларна\ концентрация\ i-ти \)газ в сместа, докато:
\[ x_i=\frac((\nu )_i)(\sum\limits^N_(i=1)(n_i))\ \quad \left(8\right), \]
където \((\nu )_i \) е броят молове \(i-ти\) газ в сместа.
Javascript е деактивиран във вашия браузър.ActiveX контролите трябва да са активирани, за да се правят изчисления!
Формулиране на закона
Законът за общото налягане на смес от газове
Закон за разтворимостта на компонентите на газовата смес
При постоянна температура разтворимостта в дадена течност на всеки от компонентите на газовата смес над течността е пропорционална на тяхното парциално налягане.
Граници на приложимост
И двата закона на Далтон са стриктно изпълнени за идеални газове. За реалните газове тези закони са приложими при условие, че тяхната разтворимост е ниска и поведението им е близко до това на идеален газ.
История на откритията
Законът за добавяне на частични налягания е формулиран през 1801 г. В същото време правилната теоретична обосновка, базирана на молекулярно-кинетичната теория, е направена много по-късно.
Бележки
Фондация Уикимедия. 2010 г.
Вижте какви са "законите на Далтън" в други речници:
ЗАКОНИТЕ НА ДАЛТЪН- (Dalton Dolton): първият закон е общото налягане на смес от идеални газове, които не взаимодействат химически един с друг, равно на сумата от частичните (вижте) отделни газове, които съставляват сместа, т.е. онези налягания, които всеки газ ще произвежда в ... ... Голяма политехническа енциклопедия
Законите на Далтон- открит от английския физик и химик Дж. Далтън (1766 1844) през 1801 и 1803 г. 1) налягането на смес от химически невзаимодействащи идеални газове е равно на сумата от парциалните налягания. Приложимо за реални газове при температури и налягания, ... ... Концепции съвременна естествена наука. Речник на основните термини
Основните закони на химията могат да бъдат разделени на качествени и количествени. Съдържание 1 Качествени закони 1.1 I. Фазов закон на Гибс ... Wikipedia
ЗАКОНИТЕ НА ДАЛТОН- (по-правилно Dolton, Dalton). 1. Законът за множествените съотношения, открит от Д., е, че елементите са включени в химикала. съединения в отношения, които винаги са кратни на някои прости числа. Така че, ако имат вода, тогава за една тегловна част водород ... ... Голяма медицинска енциклопедия
ЗАКОНИТЕ НА ДАЛТОН: 1) налягането на смес от газове, които не взаимодействат химически помежду си, е равно на сумата от парциалните им налягания; 2) разтворимостта на компонент на газова смес в дадена течност при постоянна температура е пропорционално на частичното ... ... Голям енциклопедичен речник
1) налягането на смес от химически невзаимодействащи идеални газове е равно на сумата от парциалните налягания. Приблизително приложимо за реални газове при температури и налягания, далеч от критичните. 2) С пост. температурна разтворимост в дадена течност ... ... Физическа енциклопедия
1) налягането на смес от химически невзаимодействащи идеални газове е равно на сумата от парциалните налягания. Приблизително приложимо за реални газове при температури и налягания, далеч от критичните. 2) С пост. температурна разтворимост в даден ... Физическа енциклопедия
ЗАКОНИТЕ НА ДАЛТОН: 1) налягането на смес от газове, които не взаимодействат химически помежду си, е равно на сумата от парциалните им налягания; 2) разтворимостта на компонент на газова смес в дадена течност при постоянна температура е пропорционална на частичното ... ... енциклопедичен речник
Опишете процесите, протичащи в равновесни системи "течен разтвор на пара" под въздействието на температура или налягане. Съдържание 1 Първият закон на Коновалов 2 Вторият закон на Коновалов ... Уикипедия
Тази статия или раздел се нуждае от преразглеждане. Моля, подобрете статията в съответствие с правилата за писане на статии. Целият комплект ... Wikipedia
Формулировка: общото налягане на сместа и газовете е равно на сумата от парциалните налягания на газовете, които съставляват тази смес.
Парциалното налягане на газ е налягането, което газът би упражнил, ако беше сам в системата и заемаше целия обем, който заема системата.
- 44 г - 6,02*
- 4 г - х
- 4= 66,22*
Задача. При изгарянето на 2 g метал се изразходват 400 ml кислород. Намерете металния еквивалент.
Задача. Относителната плътност на водорода е 14. Изчислете моларната маса.
М=28 g/mol
Химическа термодинамика
Химическата термодинамика е част от курса физическа химия, който изучава процесите на топлообмен между системата и заобикаляща среда, както и свойствата на системата в равновесие.
Основни понятия.
Системата е материална част от Вселената, която е обект на теоретично и експериментално изследване.
Интерфейсът между системата и околната среда може да бъде както реален, така и фиктивен (въображаем).
Ако системата обменя материя и енергия с околната среда, тогава такава система се нарича отворена.
Ако системата не обменя материя и енергия с околната среда, тогава такава система се нарича изолирана.
Ако обменя енергия и не обменя материя, тогава се нарича затворен.
екзотермичен реакция - реакцияпреминавайки с поглъщането на топлина.
Ендотермичната реакция е реакция, която отделя топлина.
Функцията на състоянието F (p, V, T…) се нарича функция на състоянието, ако нейната стойност не зависи от пътя на прехода на системата от едно състояние в друго, а зависи само от стойността на параметрите в началния и крайния държави.
- 1. Потенциална енергия (тъй като нейната стойност зависи само от разликата във височината и не зависи от пътя на прехода)
- 2.PV
- 3. Вътрешна енергия на системата.
Системата е в състояние на термодинамично равновесие, ако едновременно се осъществяват механизмът на равновесие (налягането е еднакво във всички точки на системата), термодинамично и химично равновесие (това е съставът на изходните материали и продуктите на реакцията е еднакъв във всички точки).
Обратим процес е този, при който системата преминава от едно състояние в друго чрез непрекъсната поредица от равновесни процеси. В този случай параметрите на системата и средата се различават един от друг с безкрайно малка стойност. В противен случай процесът се нарича необратим.
Хомогенна система е тази, в която компонентите са в една и съща фаза. Хетерогенна система е тази, в която компонентите са в различна фаза. Помислете дали топлината и работата са функции на състоянието. И работата, и топлината са форми на пренос на енергия. Работа под формата на подредено движение на частици, топлина - в хаотичен.
Разгледайте процеса на разширяване на идеален газ при t=const
1. Процесът е обратим
d е безкрайно малката на функцията състояние
p отвътре = p отвън
2. Процесът е необратим
По този начин количеството механична работа не е държавна функция. Зависи от пътя на прехода на процеса от едно състояние в друго и следователно неговата малка промяна в топлината ще означава.
I закон на термодинамиката.
Формулировка: вътрешна енергиясистемата е държавна функция, което означава, че няма значение в каква посока протича процесът.
Нека разгледаме специални случаи.
1. Когато p=const
Енталпия
Физическото значение на енталпиите е топлинният ефект на реакцията при p=const.
2. Когато V=const
Физичен смисъл - топлинният ефект на реакцията при V=const
Термохимия. Законът на Хес.
Топлинният ефект на реакцията се дължи на факта, че енергията на продуктите се различава от енергията на реагентите.
Отделяне на топлина (екзотермична реакция)
Топлинна абсорбция (ендотермична реакция)
Ако реакцията преминава през серия от междинни състояния, тогава топлинният ефект на реакцията не зависи от пътя на прехода на системата от едно състояние в друго, а зависи само от стойността на параметрите на системата в крайното и началното състояние .
I следствие от закона на Хес: топлинният ефект на реакцията е равен на разликата между сумите на топлините на образуване на продуктите и реагентите, като се вземат предвид стехиометричните коефициенти в уравнението на реакцията.
nj, ni - стехиометрични коефициенти - топлина на образуване
Топлинният ефект на реакцията е образуването на 1 mol сложно вещество от прости.
o - стандартно състояние
Всички топлини на образуване се измерват за стандартното състояние (298K, Pa, за течности с концентрация 1 mol в 1 литър, за твърди вещества се избира най-стабилната кристалографска модификация)
В термохимията топлините на образуване на прости вещества условно се приемат равни на нула.
I следствие от закона на Хес: топлинният ефект на реакцията е равен на разликата между сумите на топлините на изгаряне на реагентите и продуктите, като се вземат предвид стехиометричните коефициенти в уравнението на реакцията.
Топлината на изгаряне е топлинният ефект от реакцията на пълно изгаряне на един мол вещество в калориметърен ток при атмосферно налягане.
Задача. Определете топлината на изгаряне
(kJ/mol) : -873.79 -1966.91 2254.21 0
\u003d (-873.79-1566.97) - (-2254.81) \u003d 13.51 - екзотермична реакция, т.е. на 1 mol оцетна киселина 13.51 е пусната топлина.
Зависимостта на топлинния ефект на реакцията от температурата. Уравнение на Кирхоф.
Топлинни мощности
топлината, която трябва да се предаде на 1 мол вещество, за да се загрее.
За да се изчисли топлинният ефект на реакция при температура, е необходимо да се изчисли топлинният ефект при 298K на промяна в топлинния капацитет на дадена реакция (разликата между сумите на топлинните ефекти на продуктите и реагентите, като се вземе като се вземат предвид стехиометричните коефициенти)
Въпреки факта, че топлинният капацитет зависи от температурата, за изчисленията ще приемем, че топлинният капацитет не зависи от температурата и температурата ще бъде приета като 298 K.
II закон на термодинамиката. Има функция на състоянието S, наречена ентропия. dS-общ диференциал, който при обратими процеси е равен на
dS = , в необратимо - dS . =
За изолирани системи не се извършва топлообмен с околната среда, следователно за обратими процеси, за необратими.
За изолираните системи спонтанните процеси (необратимите процеси) протичат с увеличаване на ентропията.
Ако системата е в термодинамично състояние 1, което съответства на броя на микросъстоянията, тогава системата преминава в термодинамично състояние 2, ако съответства на по-голям брой микросъстояния
Физическото значение на ентропията е мярка за молекулярно разстройство.
Колкото по-случаен, толкова повече S.
За да изчислите промяната в ентропията по време на реакция, трябва да знаете всички участници в реакцията.
Стандартните стойности на ентропията на всички вещества при 298 K са дадени в Наръчника за термодинамични количества.
III закон на термодинамиката.
Ентропията на идеален кристал при температура абсолютен 0 Келвин е S=0.
Идеален кристал е кристал, в който атомите заемат всички възли на кристалната решетка в строго съответствие с геометричните закони. При 0 К в такъв кристал напълно липсва вибрационно, ротационно, постъпателно движение на частиците, т.е. едно единствено микросъстояние се описва от едно единствено макросъстояние.
Изчисляване на промяната на ентропията при нагряване.
Процесите на фазов преход са изобарно-изотермични и обратими, така че промяната в ентропията за обратим процес е равна на отношението на топлината на образуване на продукта към температурата.
Енергия на Гибс.
Изменението на енергията на Гибс като критерий за спонтанно протичане на процес в затворени системи.
Обратим процес Необратим процес
DG - изотермичен потенциал
- ?S=?U/T
- ?H-T?S=0 P,T=конст
- ?S_ >?H/T
DG=DH-TDS< 0
(Енергия на Гибс)
- ?S>?U/T
- ?H-T?S
Изохорно-изотермичен потенциал
Балансово състояние
Физическото значение на промяната на енергията на Гибс: максимум полезна работаче системата прави.
Ако има фазов преход
Физическо значение: ако енталпията характеризира тенденцията на системата към ред (т.е. към намаляване на енергийния резерв), тогава ентропията характеризира тенденцията на системата към хаос, а енергията на Гибс е резултантната стойност на тези противоположно насочени процеси.
химически баланс.
Термодинамиката дава възможност да се определи не само посоката на процеса (по знака на енергията на Гибс), но и количественото изчисляване на системата в равновесие.
Помислете за хомогенна газообразна реакция
равновесна константа
Равновесната константа е равна на отношението на парциалните налягания на продуктите към парциалните налягания на изходните материали в степени, равни на техните стехиометрични коефициенти.
Условия за изместване на химичното равновесие (принцип на Le Chatelier)
Твърдение: ако външна сила действа върху система в равновесие, тогава равновесието се измества в посока, която отслабва приложената сила.
I. Влияние на температурата върху изместването на равновесието (изобара на Van't Hoff)
Повишаването на температурата допринася за протичането на реакцията, което намалява входящата топлина, измества равновесието към изотермична реакция.
Колкото повече, толкова повече температурата влияе върху изместването на равновесието.
II. Влияние на налягането върху изместването на равновесието.
равновесие
Налягането на газовите системи се определя от броя на ударите на молекулите върху стените на съда.
С увеличаване на налягането равновесието се измества към онези вещества, които заемат по-малък обем (към намаляване на броя на молекулите).
III. Влияние на състава.
Увеличаването на концентрацията на един от реагентите допринася за изместване на равновесието към образуването на реакционни продукти.
Основното уравнение за изчисляване на химичното равновесие според таблицата на термодинамичните величини е
(всички вещества са газове) при T = 600K.
(kJ) (J/mol)
7,22 J/mol К
При заместване получаваме:
Отговор: - 84%
Колкото повече отрицателна енергияГибс, колкото по-голяма е стойността на равновесната константа, следователно равновесната система ще бъде доминирана от реакционните продукти.
Ако равновесната константа е по-малка от 1, тогава енергията на Гибс е по-голяма от 0.
Химична кинетика.
Химическата кинетика е дял от физикохимията, който изучава протичането на процесите във времето.
Средна скорост - промяна в концентрацията на реагенти или продукти за определен период от време.
Истинската (мигновена) скорост
Скоростта на реакцията винаги е положителна стойност, а знакът зависи от това каква концентрация е необходима, изходните вещества или продукти („-“ - изходни вещества, „+“ - продукти). Тангенса на наклона на допирателната към кривата ви позволява да изчислите истинската скорост във всеки момент от времето.
За хетерогенни реакции:
S-масов интерфейс
Законът за активните маси.
Законът за действието на масите е основният закон на формалната кинетика.
Помислете за хомогенна реакция, при която всички вещества са в газообразни състояния. Формулировката на закона: скоростта на реакцията е право пропорционална на концентрацията на реагентите в степени, равни на стехиометричните коефициенти.
Физическото значение на константата на скоростта е скоростта на реакцията, ако концентрацията е 1.
Задача. Как ще се промени скоростта на директна реакция, ако налягането се утрои?
Ако налягането се увеличи 3 пъти, тогава концентрацията се увеличава 3 пъти (уравнение на Менделеев-Клайперон)
Отговор: ще се увеличи с 27 пъти
За хетерогенни реакции скоростта зависи само от концентрацията на газообразни вещества, тъй като в твърди тела е постоянна стойност.
Редът на реакцията, означен с n, се определя от сумата на показателите в закона за действието на масите. За елементарните реакции, които протичат на един етап, редът и молекулярността съвпадат, а за сложните - не.
Изучаването на реда на реакцията е метод за изучаване на нейния механизъм.
1) Кинетично уравнение от първи ред (всички реакции на разпад)
Нека концентрацията в началния момент от време е мол/литър. Ако по времето
X мола вещество а, тогава
По този начин, за реакция от първи ред, графиката в InC() координатите е права линия с отрицателен наклон и tg ни позволява да изчислим константата на скоростта
2) Уравнение на кинетична реакция от втори ред
Приемаме, че първоначалната концентрация на веществата е еднаква.
Ако един мол/литър реагира в момента, тогава
3) Уравнение на кинетична реакция III редАко в нито един от случаите на InC не се получи права линия, тогава механизмът на реакцията е сложен, т.е. Реакцията протича на няколко етапа. Общата скорост на цялата реакция е равна на сумата от скоростите на всички етапи.
Втората характеристика на реакция от първи ред е полуживотът
Влияние на температурата върху скоростта на реакцията. Уравнение на Вант Хоф.
За всяко повишаване на температурата с 1°C скоростта на реакцията се увеличава 2-4 пъти.
Правилото на Вант Хоф
Теория на Арениус.
Основни положения:
- 1) За да възникне химично взаимодействие на веществата, те трябва да се сблъскат
- 2) Енергията на частиците трябва да бъде по-голяма или равна на енергията на активиране на реакцията
- 3) Сблъсъци на частици трябва да възникнат във функционалната група
Енергията на активиране е минималната енергия, която трябва да бъде дадена на молекула, за да се осъществи химично взаимодействие.
С повишаване на температурата енергията на активиране се увеличава.
където K е константата на скоростта, A е предекспоненциалният фактор, R е универсалната газова константа, T е температурата в Келвин.
1) Аналитичен
Разделете уравнението (1) на (2)
Ако стойностите на двете константи на скоростта при две температури са известни, тогава може да се изчисли енергията на активиране на реакцията.
2) Графика
Недостатъци на теорията на Арениус:
- 1) Реална скоростчесто се оказва по-ниска от тази, изчислена от теоремата на Арениус
- 2) теорията не обяснява явлението катализа.
Някои реакции отнемат 16 минути при температура 2. Колко време ще отнеме тази реакция при температура 5, ако =3.
На практика по-често се срещат не чисти газове, а техните смеси. Компонентите на сместа заемат еднакъв обем и имат еднаква температура. Концентрацията на сместа е равна на сумата от концентрациите на компонентите на сместа, т.е.
Тогава, съгласно формула (4.5), налягането на сместа е:
Нека въведем обозначението:
Където - парциални налягания.
Като цяло, за да се опише движението на микрочастиците, е необходимо да се приложат законите на квантовата механика. Статистическа физика, описваща макросистеми, състоящи се от микрочастици, чието движение се описва от закони квантова механика, е наречен квантова статистика.
Една от основните концепции на статистиката (както класическа, така и квантова) е вероятност. Нека всякакви физическа системаможе да бъде в различни физически състояния. Да приемем, че тези състояния са дискретни, т.е. физичните величини, които ги характеризират, се променят скокообразно и всяко състояние се характеризира с определена стойност x i на някаква физическа величина x.
В някои държави системата ще прекарва повече време, в други по-малко. Ще измерим стойността на x определен брой пъти N. Нека N i е броят на измерванията, всяко от които дава стойността на измерената стойност x, равна на x i . Вероятността w i величината x да има стойност x i се нарича граница на отношението на числото N i към общия брой измерения N, когато N клони към безкрайност, т.е.:
(1.16)
Дискретна стойност на физическите величини - забележителна характеристикавсички микрочастици (атоми, молекули). Например, енергията на въртеливото и вибрационното движение на една молекула може да се променя само дискретно, на скокове. Такова количество се нарича квантувано.
С голяма точност обаче може да се приеме, че енергията движение напредмолекулите не са квантувани, т.е. се променя непрекъснато, което означава, че скоростта на газовите молекули, както и координатите на молекулите в пространството, също се променят непрекъснато. За непрекъснато случайна величина, например, скоростта на молекула v, вероятността dw v, че скоростта на молекула v приема стойности в диапазона от v до v + dv се изчислява, както следва:
(1.17)
тук N - общ бройизмервания на скоростта, dN v е броят на измерванията, при които скоростта на молекулата попада в интервала от v до v + dv.
Очевидно е, че:
Това следва от определението за вероятност (1.17):
Същото важи и за непрекъсната случайна променлива. От (1.18) следва, че:
(1.19)
барометрична формула
Барометричната формула дава зависимостта на налягането p на идеален газ в еднородно гравитационно поле при постоянна температура T от височината z:
(1.20)
където p o е налягането при z = 0, m o е масата на молекулата, k е константата на Болцман.
Разпределение на Болцман.
Максуел получи следната връзка:
(1.23)
тук е вероятността за намиране на молекула в безкрайно малък правоъгълен паралелепипед в пространството на скоростите, показано на фиг. 1.3.
С други думи, това е вероятността молекулата да има проекция на скоростта върху оста x в диапазона от v x до v x + dv x и в подобни интервали за стойностите v y и v z .
От (1.23) се вижда, че вероятността не зависи от посоката на вектора , а зависи само от неговия модул. Следователно във формула (1.23) като елементарен обем в пространството на скоростите, вместо кубоидможе да се вземе безкрайно тънък сферичен слой (виж фиг. 1.4) с радиус v и дебелина dv. В този елементарен обем всички модули на скоростите с отклонение, непревишаващо dv, са равни на v. Така нека преминем от dv x, dv y, dv z към 4πv 2 dv, където 4πv 2 е площта на сферата в пространството на скоростите, показано на фиг. 1.4.
Тогава формула (1.23) приема формата:
(1.24)
Формула (1.24) обикновено се записва като:
(1.25)
Където (1.26)
получена от Д.К. Максуел нарича функцията F(v) функция на разпределение на вероятностите или функция на разпределение на Максуел.
От (1.25) следва, че:
следователно F(v) се нарича още плътност на вероятността.
Графиката на функцията на разпределението на Максуел е показана на фиг. 1.5.