 |
16. Критерии направления термодинамических процессов, мера необратимости процессов (S).
|
|
|
|
16. Критерии направления термодинамических процессов, мера необратимости процессов (S).
Любой термодинамический процесс изменения состояния тела или системы тел характеризуется наличием связи независимых переменных состояния рассматриваемого тела или системы тел, причем это уравнение называется уравнением процесса.
Химические процессы также характеризуются своим потенциалом. Подобно механическому (гравитационному) потенциалу он уменьшается в самопроизвольно протекающих процессах. При исчерпании движущей силы взаимодействия этот потенциал достигает минимума. Потенциал, являющийся движущей силой химических процессов, протекающих при p, T=const, принято называть изобарно-изотермическим потенциалом, или, ради краткости, изобарным потенциалом.
Условием принципиальной осуществимости процесса, т. е. возможности самопроизвольного протекания реакции в прямом направлении является неравенство G< 0.
Если рассматриваемая реакция осуществима в прямом направлении, то в обратном направлении при данном р, Т, она протекать не может, так как в этом случае G> 0, это неравенство является индикатором принципиальной невозможности процесса.
17. Критерии принципиальной возможности и невозможности химических процессов (G).
При изучении химических процессов прежде всего необходимо установить их принципиальную осуществимость, оценить возможность или невозможность их самопроизвольного протекания при заданных условиях.
Самопроизвольным называется процесс, который осуществляется без затраты работы (энергии) извне. Так, самопроизвольно камни скатываются с горы, теплота передается от более нагретого тела к менее нагретому, а химические реакции достигают состояния равновесия. В обратном направлении самопроизвольный процесс идти не может.
|
|
|
По-видимому, протекание рассмотренных и других процессов определяется какой-то причиной или, как принято говорить, движущей силой. Одной из составляющих (причем наиболее значимой) движущей силы всех (в том числе и химических) самопроизвольно идущих процессов является тенденция к понижению энергии системы.
Одной из движущих сил химической реакции является рассмотренное нами ранее уменьшение энтальпии системы, т. е. экзотермический тепловой эффект реакции, стремление частиц (молекул, ионов, атомов) к хаотичному движению, а системы – к переходу от более упорядоченного состояния к менее упорядоченному. В изолированной системе самопроизвольно протекают процессы, сопровождающиеся увеличением энтропии. При достижении максимально возможного для данных условий значения энтропии в системе устанавливается состояние равновесия (dS= 0).
Таким образом, изменение энтропии является критерием возможности самопроизвольного протекания химического процесса в изолированной системе:
если dS> 0 – в системе самопроизвольно протекает прямая реакция;
если dS= 0 – система находится в состоянии равновесия;
если dS< 0 – в системе самопроизвольно протекает обратная реакция.
18. Актуальность раздела. Предмет химической кинетики.
Химическая кинетика – раздел физической химии, посвященный изучению скоростей и механизмов химических реакций.
По механизму химические реакции делят на простые и сложные. К простым относятся реакции, которые протекают только в одну стадию.
Скоростью химической реакции называют количество элементарных актов реакции, совершающихся в единицу времени.
Скорость химических реакций варьирует в широких пределах (от десятимиллионных долей секунды при взрыве тротила или нитроглицерина до миллионов лет в случае образования каменного угля из древесины).
|
|
|
Для определения скорости реакции достаточно знать изменение концентрации во времени только одного из участвующих в реакции веществ, причем безразлично какого вещества - исходного или конечного.
Механизм реакции – это последовательность протекания элементарных стадий
Элементарная стадия – это единичный акт образования или разрыва химической связи
19. Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость химических реакций.
Скоростью химической реакции называется число элементарных актов реакции, происходящих в единицу времени в единице объема (для гомогенных реакций) или на единице поверхности раздела фаз (в случае гетерогенных реакций)
Скорость химической реакции обычно характеризует изменение концентрации одного из реагирующих веществ в единицу времени.
Факторы, влияющие на скорость химической реакции
Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации и внешних условий (например, температуры, давления, катализаторов).
В зависимости от природы реагирующих веществ реакции могут протекать как очень медленно (некоторые реакции между органическими веществами, многие реакции с участием твердых веществ, как, например, коррозия металлов), так и очень быстро (ионные реакции в растворах).
В промежуточном случае, скорость реакции может быть такой, что ее нетрудно измерять в ходе короткого опыта.
Зависимость скорости реакции от природы веществ очень сложна, она связана с их составом и строением. Химический процесс всегда представляет собой некоторую перегруппировку атомов, т. е. их обмен местами, разъединение или, наоборот, объединение отдельных атомов или молекул в более сложные. Совершенно естественно, что подобные процессы могут развертываться лишь при достаточно тесном сближении молекул реагентов или, как часто выражаются, при их столкновении.
Необходимым условием того, чтобы между частицами исходных веществ, произошло химическое взаимодействие, является их столкновение друг с другом. Только при этом станут возможны те переходы электронов и перегруппировки атомов, в результате которых образуются молекулы новых веществ — продуктов реакции. Поэтому скорость реакции пропорциональна числу соударений, которые претерпевают молекулы реагирующих веществ.
Число соударений в свою очередь тем больше, чем выше концентрация каждого из исходных веществ или, что, то же самое, чем больше произведение концентрации реагирующих веществ.
|
|
|
