ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы О химическом равновесии в технологических процессах из "Общая химическая технология Том 1" Для определения возможного выхода продукта реакции, наряду со стехиометрическим уравнением, большей частью обращаются к закопал химического равновесия, так как в значительной части технологических процессов протекают обратимые реакции. [c.60] Из условий, влияющих на состояние равновесия, наибольшее практическое значение имеют изменения концентрации, температуры и давления. [c.60] Направление тех изменений в реакционной системе, которые могут быть вызваны перечисленными условиями, в общей форме определяется принципом Ле-Шателье. [c.60] Этот принцип является одной из наиболее общих закономерностей в физике и химии. [c.60] Согласно принципу Ле-Шателье, в физико-химической системе, выведенной из состояния равновесия, происходят изменения, направленные к ослаблению воздействий, выводящих систему из равновесия. [c.60] Е сторону обратной реакции, идущей с уменьшением объема. На практике, однако, нередки случаи, когда равновесную реакцию, которой в отношении выхода благоприятствует пониженная температура и повышенное давление, из-за технических трудностей, а также для ускорения процесса ведут при сравнительно высокой температуре и при нормальном давлении. Пример подобного случая приведен при изложении процессов окисления двуокиси серы в трехокись (см. гл. ХП1, стр. 402) другой пример— синтез аммиака (см. гл. XI, стр. 327). [c.61] Основным законом, позволяющим вычислять выходы того или иного продукта равновесной реакции, является закон действия масс. [c.61] Для вычисления условий равновесия гомогенных реакций требуется знать константы равновесия и начальные концентрации реагентов. [c.61] Если реакция протекает в гетерогенной системе, состоящей из газообразных и твердых (или жидких) веществ, то равновесие практически определяется лишь концентрацией газов. [c.61] Законом действия масс и уравнением изотермы реакции в технологии широко пользуются для определения выходов продуктов процесса для выяснения, в каком направлении и до какого предела пойдет реакция при заданном количественном составе исходной реакционной смеси, и т. п. Кинетическое значение этого закона для технологических процессов показано ниже (см., например, гл. XI, XII, XIII и др.). [c.61] Так как закон действия масс (и уравнение изотермы) выводят обычно на основе уравнения Менделеева — Клапейрона (РУ — ЯТ), то он справедлив, строго говоря, только для идеальных газов и бесконечно разбавленных растворов, а практически — для разреженных газов и разбавленных растворов. В случае же реальных (сжатых) газов в выражение для константы равновесия вместо парциальных давлений следует подставлять величины летучести (фугетивности) реагирующих веществ, а Для концентрированных растворов — концентрации заменять активностями. [c.61] Зависимость константы равновесия реакции от температуры определяется обычно уравнениями изохоры и изобары Вант-Гоффа. Эти уравнения и вытекающие из них следствия позволяют определять тепловые эффекты реакции и необходимые для осуществления реакций температуры. [c.61] При рассмотрении гетерогенных равновесий применяется правило фаз, выражающее число степеней свободы через число компонентов и число фаз. Как известно, число степеней свободы (вариантность системы) определяется как число независимых переменных, которое можно в известных пределах произвольно менять без изменения числа и вида фаз системы. Поэтому определение степеней свободы и установление их физического смысла (т. е. уяснение, какими физико-химическими условиями можно пользоваться для изменения состояния равновесной системы) очень важно при ведении технологического процесса. [c.61] Изменяя температуру, давление, концентрации, можно переводить систему из одного равновесного состояния в другое. [c.61] Со оггветственно числу степеней свободы (нуль, одна, две и больше) различают инвариантные, моновариантные, дивариантные и другие системы. [c.61] В технологии широко используются графические методы изображения равновесных многокомпонентных систем в виде плоских и пространственных диаграмм. Эти диаграммы состояния, или диаграммы состав — свойство , построенные на основе числовых данных, полученных при экспериментальном изучении соответствующих параметров системы, нашли широкое применение в технологии солей, металлов, силикатов и в других производствах. В некоторых случаях применение графических методов изображения функций состав — свойство оказалось целесообразным и для гомогенных систем — как жидких, так и газообразных. [c.62] Изучение функций состав — свойство с использованием геометрических методов составляет предмет физико-химического анализа , как его определяет один из создателей этого раздела науки — акад. Н. С. Курнаков. [c.62] Физико-химический анализ позволяет упростить и облегчить расчеты состава твердых фаз по составу жидких фаз. Им пользуются, например, для расчета состава кристаллов, выделяющихся при выпаривании и охлаждении растворов или расплавов, а также состава осадков, выпадающих из растворов при изменениях концентраций, температуры и давления. [c.62] Физико-химический анализ дает также возможность определить, каковы условия перехода веществ из одного агрегатного состояния в другое и т. п. [c.62] Несмотря на большое значение правила фаз и диаграмм состояния, следует, однако, иметь в виду, что физико-химический анализ большей частью дает картину равновесного состояния системы. Однако время, необходимое для достижения равновесного состояния системы, во многих случаях так велико, что по экономическим соображениям нет смысла добиваться состояния равновесия. В этих случаях технологический процесс заканчивают раньше, чем достигнуто состояние равновесия, и равновесной диаграммой пользуются лишь как указателем той предельной границы, которая может быть достигнута при определенных физикохимических условиях. [c.62] Вернуться к основной статье