Направление химических реакций и химическое равновесие

До конца 20-х годов в химической термодинамике наибольшее внимание исследователи уделяли изучению фазовых переходов и свойств растворов, а в отношении же химических реакций ограничивались преимущественно определениями их тепловых эффектов. В известной степени это объясняется тем, что именно указанные направления химической термодинамики стали первыми удовлетворять потребности производства. Практическое же использование методов термодинамики химических реакций для решения крупных промышленных проблем долгое время отставало от ее возможностей. Правда, еще в 70—80-х годах методы химической термодинамики были успешно применены для исследования доменного процесса. К 1914 году на основе термодинамического исследования Габер определил условия, необходимые для осуществления синтеза аммиака из азота и водорода, что привело в конечном результате к возможности промышленного получения в больших количествах аммиака, азотной кислоты, азотных удобрений, взрывчатых веществ и порохов из дешевых и широко доступных исходных материалов. В 20-х годах, лишь после того, как термодинамическое исследование реакции синтеза метанола из Н2 и СО дало возможность определить условия, при которых положение равновесия благоприятно для этого, синтеза, наконец была решена проблема создания производства метанола из дешевого сырья. Полученные результаты показали также, что проводившиеся ранее поиски более активных катализаторов не были успешными не из-за их малой активности, а вследствие недостаточно благоприятного положения равновесия в условиях, в которых пытались осуществить эту реакцию. Известны и другие примеры успешного применения методов термодинамики химических реакций для решения промышленных задач. Однако только с конца 20-х годов плодотворность применения этих методов исследования начинает получать все более широкое признание. [c.19]

В середине прошлого века М. Бертло на основании большого числа определений тепловых эффектов химических реакций выдвинул принцип, согласно которому химическое сродство определяется количеством тепла, выделяющегося при реакции. Из принципа Бертло следует, что самопроизвольно могут протекать только экзотермические реакции. Легко видеть, что этот принцип неправилен хотя бы потому, что существуют самопроизвольные процессы, протекающие с поглощением тепла, например растворение многих солей в воде. Казалось бы, принцип Бертло оправдывается для реакций образования многих соединений из элементов, которые происходят с выделением тепла и идут практически до конца. Однако в действительности это справедливо лишь при относительно низких температурах. При достаточно высоких температурах эти же реакции самопроизвольно протекают в обратном направлении, т. е. происходит диссоциация соединений, сопровождающаяся поглощением тепла. Мы уже видели, что полнота завершения реакций зависит от температуры и концентраций. По существу принцип Бертло находится в противоречии с самим фактом существования химического равновесия. Это обусловлено тем, что М. Бертло основывался лишь на величинах ДЯ, т. е. на представлениях первого закона термодинамики, который, как отмечалось, дает лишь балансы тепловых явлений. Поэтому величина изменения энтальпии при реакции ДЯ не может служить мерой химического сродства. Такой мерой является величина ДО, определяемая уравнением [c.53]

Закон постоянных отношений, или постоянства состава, открытый работавшим в Испании французом Жозефом Луи Прустом (1755—1862), утвердился в полемике с французским химиком Клодом Луи Бертолле (1748—1822). Последний считал, что направление химической реакции, т. е. состав ее продуктов, зависит не только от природы взаимодействующих веществ, но и от их относительных количеств. Абсолютизируя результаты своих экспериментальных исследований химических равновесий, он утверждал, что все вещества имеют переменный состав, который может меняться непрерывно от одного компонента к другому например, оксиды получаются постепенным насыщением металлов кислородом. В то же время Пруст, используя значительно более точные методы анализа, показал, что на самом деле таких непрершвных переходов нет. На примере карбоната меди, оксидов олова и сурьмы, сульфидов железа в разных степенях окисления, а также других веществ он доказал определенность [c.23]

Якоб Гендрик Вант-Гофф (1852—1911)—выдающийся голландский физико-химик. Изучал законы течения химических реакций, химическое равновесие, свойства растворов. Высказал и развил идею о направленности валентных связей атома углерода, разработал основы ст ер е о х и м и и — учения о пространственном расположении атомов в молекуле. [c.226]

С другой стороны, одна из основных задач химической термодинамики состоит в предсказании возможного направления химической реакции, в расчете химических равновесий и определении возможных выходов продуктов реакции. В принципе эту задачу можно решить лишь на основании соотношения (У.225). Иными словами, мы хотим показать, что введение в термодинамику понятий изохорного и изобарного потенциалов не вносит в эту дисциплину ничего принципиально нового, а преследует цель практического удобства расчета. Попытаемся решить задачу о химическом равновесии, пользуясь лишь свойствами энтро- [c.170]

Химическая термодинамика. На основе законов термодинамики осуществляются энергетические расчеты химических реакций и химического равновесия, а также определяется возможность и направление самопроизвольного течения того или иного химического процесса. Химическая термодинамика изучает фазовые переходы (растворение, испарение, кристаллизацию и др.), адсорбцию и т. п. Важным разделом химической термодинамики является термохимия, которая изучает тепловые эффекты химических реакций. Этот раздел физической химии имеет большое значение в народном хозяйстве, особенно в области промышленного синтеза. [c.6]

Изменение энергии Гиббса, таким образом, характеризует направление протекания реакций. Если AG<0, то реакция может протекать самопроизвольно. При AG>0 процесс самопроизвольно протекать не может. Если AG=0, то система находится в равновесии. Чем большим уменьшением энергии Г иббса сопровождается реакция, тем больше сродство реагирующих веществ друг к другу. Изменение энергии Гиббса можно, следовательно, рассматривать как меру химического сродства, которое велико при АЯ< 0 и TAS O. [c.46]

Обратимые химические реакции. Химическое равновесие. Большинство химических реакций не протекает до конца. Реакции, которые могут одновременно протекать в двух взаимно противоположных направлениях, называются обратимыми. В реакции [c.224]

В зависимости от условий эта реакция может протекать самопроизвольно как в прямом, так и обратном направлении. Химическая реакция протекает самопроизвольно до тех пор, пока не достигнуто химическое равновесие между реагирующими веществами. Условия химического равновесия, как и всякого равновесия, могут определяться термодинамическим или молекулярно-статистическим методом. [c.246]

Равновесие химическое — протекание химической реакции в прямом и обратном направлении (см. обратимые реакции в гл. IV), устанавливается такое состояние, когда скорости прямой и обратной реакции равны, а концентрации реагентов и продуктов постоянны (стационарны). Оно характеризуется константой равновесия а скорость его достижения — временем релаксации т (см. гл. IV, 1). [c.12]

Обратимые реакции одновременно протекают в двух направлениях до достижения химического равновесия скорость прямой реакции выше скорости обратной химической реакции. Когда скорости прямой и обратной реакций становятся одинаковыми, система достигает состояния химического равновесия. [c.589]

Применительно к химическим процессам второй закон термодинамики можно сформулировать так всякое химическое взаимодействие при неизменных давлении или объеме и постоянстве температуры протекает в направлении уменьшения свободной энергии системы. Пределом протекания химических реакций (т. е. условием равновесия) является достижение некоторого минимального для данных условий значения свободной энергии системы О или Р. Процессы протекают самопроизвольно и дают некоторую полезную работу, если Р<0 или ДС<0. При АР>0 и ДС>0 процессы не могут при заданных условиях (у, Т или р, Т) протекать самопроизвольно и возможны лишь при получении работы извне (например, реакции при электролизе, фотохимические реакции и др.). Изменение термодинамических функций А[1, АР, А/, АО и А5 для любых реакций рассчитывают по закону Гесса аналогично вычислению тепловых эффектов реакций. Значения термодинамических функций при стандартных условиях / = 25°С и р=101 325 Па приводятся в справочных таблицах. [c.61]

Приведенный пример с реакцией между йодом и водородом показывает, что в зависимости от условий химические реакции могут протекать либо в прямом, либо в обратном направлении. В этом смысле и надо понимать часто используемый термин обратимая реакция . Но такое понятие не идентично понятию обратимости, используемому в термодинамике. Химические реакции в обычных условиях принадлежат к числу необратимых процессов, идущих самопроизвольно лишь в одном определенном направлении до тех пор, пока не будет достигнуто состояние термодинамического равновесия . [c.166]

Высокое давление прочно заняло весьма важное место среди методов активного воздействия на равновесие, скорость и направление химических реакций, причем уже не только на уровне лабораторных исследований, но и во многих отраслях народного хозяйства. [c.229]

Все химические реакции обратимы в том смысле, что в зависимости от условий они могут протекать как в прямом, так и в обратном направлении. Например, смесь азота и водорода реагирует с образованием аммиака. Последний, в свою очередь, частично распадается на исходные вещества. Эта обратимость, однако, не эквивалентна термодинамической обратимости. Реакция, обратимая термодинамически, должна как в прямом, так и в обратном направлении проходить через непрерывную последовательность равновесных состояний. С этой точки зрения химические реакции в обычных условиях их протекания принадлежат к числу необратимых процессов они совершаются самопроизвольно лишь в одном направлении, пока не будет достигнуто состояние термодинамического равновесия, называемое, применительно к химическим процессам, химическим равновесием. [c.123]

В общетеоретическую часть включены вопросы строения вещества, энергетики и кинетики химических реакций, растворов, окислительно-восстановительных и электрохимических процессов приведен обзор свойств элементов и их соединений. Рассмотрено строение вещества на атомном, молекулярном и надмолекулярном уровнях и строение кристаллов. Изложены общие закономерности протекания химических реакций, в том числе элементы химической термодинамики и химической кинетики. Больщое внимание уделено тепловым эффектам и направленности химических реакций, химическому, фазовому и адсорбционному равновесию. Изложены кинетика гомогенных и гетерогенных реакций, цепных и фотохимических реакций и основы катализа. Освещены дисперсные системы, коллоидные и истинные растворы, больщое внимание уделено растворам электролитов. Рассмотрены термодинамика и кинетика окислительно-восстановительных и электрохимических процессов, коррозия и защита металлов. Рассмотрены строение и свойства комплексных и органических соединений. [c.3]

Это выражение носит название уравнения Гиббса —Гельм-гольца и является одним из самых важных для химии соотношений термодинамики, так как оно дает зависимость от температуры энергии Гиббса, которая определяет направление химических реакций, и состояния их равновесия. [c.37]

Образование при реакции побочных продуктов и существование параллельных реакций Марковников объяснял неодинаковыми условиями, в которых находится масса реагирующих веществ. Одновременное образование изомерных соединений,— писал он,— не представляет ничего удивительного, и такого рода случаи, как показывает опыт, находятся в зависимости от различных условий реакции. Точное определение этих условий представляет большой интерес. С расширением наших знаний в этом направлении, можно надеяться, расширятся значительно также и наши сведения относительно законов, управляющих механизмом химических реакций Как могут создаваться условия для протекания параллельных реакций, Марковников поясняет па примере реакции присоединения, к которой применимо приведенное выше правило о зависимости ее направления от температуры. Параллельная реакция идет потому, что реакционная смесь не находится во всем своем объеме при одинаковых температурных условиях- Например, при получении изомера, образующегося при низко11 температуре, теплота, которая развивается вследствие самой реакции, успевает повысить температуру находящихся вблизи молекул настолько, что между ними произойдет соединение в обратном порядке . В известных случаях отклонение условий от первоначальных в такой степени отражается на взаимном влиянии атомов в молекулах, что приводит к изменению их химического строения — к изомеризации соединения в другое, более устойчивое при новых условиях. Примером, приводимым самим Марковниковым, может служить изомеризация изонропилэтилепа в триметилэтилен, происходящая при высокой температуре. Следовательно, такое физическое условие благоприятно для более устойчивого химического равновесия частицгл амилена [c.69]

С другой стороны, если выполняется неравенство (V.22) при данной температуре в избранных концентрациях реагентов, от которых зависит АС, но не AG°, химическая реакция протекает в обратном направлении (справа налево), тогда как условие (V.23) указывает только на то, что константа равновесия меньше единицы / fнаправлении процесса. При этом химическая реакция может протекать в любом направлении, в том числе слева направо, если достаточно малы летучести продуктов реакции, т. е. если IIf[c.142]

В основе этой тенденции лежит общий закон, определяющий направление химической реакции. Ее движущей силой является изменение энергии Гиббса, которое должно удовлетворять условию AG° < 0. Чем меньше алгебраическая величина AG°, тем больше химическое сродство реагирующих веществ и тем больше сдвиг равновесия в направлении образования продуктов реакции. Так, сопоставляя реакции образования малорастворимых галогенидов серебра из составляющих их ионов в растворе, например [c.146]

Измерение э. д. с. обратимого элемента следует производить в условиях, когда бесконечно малое изменение приложенного напряжения превращает элемент из источника тока в электролизер. Чтобы получилось равновесное (обратимое) значение э. д. с., все стадии реакции, протекающей в элементе, должны быть в равновесии. Не все элементы обратимы. В некоторых из них протекают необратимые процессы, так что невозможно изменить направление химической реакции на противоположное, изменяя на бесконечно малую величину приложенное напряжение. [c.185]

Энергетика химических превращений. Внутренняя энергия. Энтальпия. Энтальпия образования. Закон Гесса. Термохимические расчеты. Направление химических реакций. Энергетический и энтропийный факторы. Энергия Гиббса, Энергия Гиббса образования. Химическое равновесие. Характеристика глубины протекания процесса. Константа химического равновесия. Смещение химического равновесия. Химическая кинетика. Энергия активации. Активированный комплекс. Механизм химических реакций. Катализ. Управление глубииой и скоростью химического процесса. [c.112]

Как видно, константа равновесия (А р) ферментативной реакции не зависит от концентрации фермента. Определяя скорость и направление химической реакции, фермент тем не менее не оказывает влияния на конечные (равновесные) концентрации реагирующих молекул и продуктов, определяющих величину константы равновесия. [c.145]

Среда (электролиты, полярные и неполярные растворители) оказывает существенное влияние на скорость и направление химических реакций, особенно в гетеролитических по механизму процессах. Это влияние можно свести к двум основным факторам, а именно влиянию природы растворителя и влиянию самих реагентов на скорости реакций и положение химического равновесия (солевые эффекты) вследствие изменения коэффициентов активности частиц реакционной системы. [c.140]

При постоянных температуре и давлении скорости прямой и обратной реакций в результате изменения концентраций реагирующих веществ во времени постепенно выравниваются. Химическая реакция протекает самопроизвольно (т. е. в целом в одном направлении) до тех пор, пока не достигнуто химическое равновесие между реагирующими веществами. Химическое равновесие является динамическим процессом, при котором скорости прямой и обратной реакции равны друг другу. [c.142]

Первая особенность этого периода состоит в стремительном развитии фундаментальных исследований, направленных на изучение скоростей и механизмов химических реакций, химических и фазовых равновесий, что привело к формированию химической кинетики — основы того преимущественно теоретического раздела химии, который называют физической химией. Под эгидой именно этого раздела получают новые импульсы развития все остальные разделы химии, изучающие структур молекул, а затем (с 1900-х гг.) и атомов. [c.653]

Если химические вещества, формулы которых записаны в левой части уравнения химического равновесия, и вещества, формулы которых записаны в правой части этого уравнения, имеют одинаковую энтропию (вероятность), реакция будет идти в том направлении, при котором происходит выделение тепла, т. е. в направлении протекания экзотермической реакции. Если вещества в левой и правой части уравнения имеют одну и ту же энергию, реакция будет протекать от веществ с меньшей вероятностью (энтропией) в направлении веществ с большей вероятностью (энтропией). При равновесии, когда реакция не обнаруживает преимущественной тенденции протекания ни в прямом, ни в обратном направлении, свободная энергия веществ левой части уравнения точно равна свободной энергии веществ правой части уравнения. При равновесии движущая сила изменения теплосодержания (изменения энтальпии), сопровождающего реакцию, полностью уравновешивается движу-щей силой изменения вероятности (изменения энтропии). [c.525]

Следует ясно отдавать себе отчет в том, что изменение свободной энергии АС и изменение стандартной свободной энергии АС° -это две разные величины. Как мы уже знаем, при любом спонтанном химическом или физическом процессе свободная энергия реакционной системы всегда уменьшается, т.е. АС выражается всегда отрицательной величиной. Но мы знаем также, что любой химической реакции соответствует строго определенное изменение стандартной свободной энергии АС°, которое может быть положительным, отрицательным или равным нулю в зависимости от константы равновесия данной реакции. По величине изменения стандартной свободной энергии АС мы судим о том, в каком направлении и как далеко пойдет реакция до того момента, когда в системе установится равновесие, если эта реакция протекает в стандартных условиях, т.е. при исходных концентрациях всех компонентов 1,0 М, pH 7,0 и температуре 25°С. Величина АС , следовательно, есть строго определенная константа, характерная для каждой данной реакции. Истинное же изменение свободной энергии АС для данной химической реакции зависит от условий, при которых эта реакция фактически протекает (т. е. от концентрации реагирующих компонентов, pH и температуры), а эти условия могут и не совпадать со стандартными. Кроме того, величина АС любой реакции, стремящейся к равновесию, всегда отрицательна и уменьшается по абсолютной величине (становится менее отрицательной) с приближением к равновесию в момент достижения равновесия она равна нулю, и это свидетельствует о том, что за счет данной реакции больше уже не может быть произведено никакой работы. [c.412]

Прогнозирование скорости и направления химических реакций методом линейных корреляций в настоящее время широко применяется в синтетической органической химии [1, 2]. Являясь по сути полуэмпирическим методом, он, однако, базируется на ряде теоретически обоснованных положений. Основой применяемых в настоящее время вариантов метода линейных корреляций является принцип линейных соотношений свободных энергий (ЛССЭ), о котором уже упоминалось в предыдущей главе. В общем виде принцип ЛССЭ подразумевает сзтцествование линейных корреляций между термодинамическими величинами, характеризующими равновесие системы такими, как свободная энергия, энтальпия, энтропия, и параметрами, определяющими скорость реакции (энергия активации, предэкспоненциальный множитель). Поскольку, однако, в химических взаимодействиях термодинамические величины в конечном счете определяются энергетикой и вероятностями перехода электронов, то в современном представлении принцип ЛССЭ подразумевает существование линейных корреляций кинетических констант как с чисто термодинамическими параметрами рекции, так и с квантовохимическими характеристиками участников реакции. В основе реакций, протекающих на поверхности гетерогенных катализаторов, лежат общехимические закономерности отсюда следует, что принципы, вполне обоснованные для гомогенных жидкофазных реакций, должны быть также справедливы для гетерогенных каталитических систем даже при высоких температурах. [c.85]

При изменении условий протекания реакции (температуры, давления, концентрации какого-либо из участвующих в реакции веществ) скорости прямого и обратного процессов изменяются неодинаково, и химическое равновесие нарушается, В результате преимущественного протекания реакции в одном из возможных направлений устананливается состояние нового химического равновесия, отличающееся от исходного. Процесс перехода от одного равновесного состояния к новому равновесию называется смещением химического равновесия. Направление этого смещения нодчиняется принципу Ле Шателье [c.97]

Лекция 8, Характеристические функции. Изменение термодинами le KHX потаициалов в изотермических условиях, аксимальная работа и возмохность химической реакции. Химический потенциа. . Применение термодинамических потенциалов в качестве критериев направления само произвошшх процессов и равновесии в изотермических условиях. [c.209]

Одним из условий, определяющих направление химических реакций в растворах электролитов, является возможность образования их ионами малодиссоциированных соединений или сложных ионов. Так, при взаимодействии ацетата натрия с какой либо сильной кислотой равновесие смещается в сторону образования малодиссо-циированной уксусной кислоты [c.32]

По этому уравнению можно рассчитать изменение энергии Гиббса для превращения указанных выше количеств исходных веществ в продукты при р, 7= onst. Если известна константа равновесия химической реакции, легко оценить знак выражения , стоящего в квадратных скобках уравнения (3.34). Если первый член этого выражения меньше второго, реакция будет идти самопроизвольно слева направо, так как для этого процесса AGpj<0. В противном случае самопроизвольно будет протекать обратная реакция. Если же окажется, что сумма, стоящая в квадратных скобках (3.34), равна нулю, компоненты исходной смеси находятся в состоянии равновесия AGp,r = 0), и реакция не будет протекать самопроизвольно ни в прямом, ни в обратном направлении. [c.98]

Направление смещения химического равновесия при изменениях концентрации реагирующих веществ, температуры и давлен я (в случае газовых реакций) определяется общим положением, известным под названием принципа подвижного равновесия илн принципа Ле Шателье если на систему, находящуюся в равновесии, производится какое-либо внешнее воздействие (изменяются концентрация, температура, давление), то оно б.тгопра-ятствует протеканию той из двух противоположных реакций, которая ослабляет воздействие. Поясним это на при.мере той же реакции синтеза иодоводорода (с. 68). [c.69]

Огромным достижением конца прошлого столетия было установление того положения, что каждому веществу можно приписать некоторое количество энергии, называемой энергией Гиббса (или гиббсовой энергией), причем реакция в системе при постоянной температуре может протекать в том случае, если сопровождается уменьшением энергии Гиббса, т. е. если энергия Гиббса исходных реагирующих веществ больше энергии Гиббса продуктов реакции. Энергия Гиббса вещества является свойством, выражающим одновременно как энтальпию данного вещества, так и присущую ему вероятность (энтропию). Если химические вещества, формулы которых записаны в левой части уравнения химического равновесия, и вещества, формулы которых записаны в правой части этого уравнения, имеют одинаковую энтропию (вероятность), реакция будет идти в том направлении, при котором происходит выделение теплоты, т. е. в направлении протекания экзотермической реакции. Если вещества в левой и правой части уравнения имеют одну и ту же энтальпию, реакция будет протекать в направлении от веществ с меньшей вероятностью (энтропией) в направлении веществ с большей вероятностью (энтропией). При равновесии, когда реакция не обнаруживает преимущественной тенденции протекания ни в прямом, ни в обратном направлении, энергия Гиббса веществ левой части уравнения точно равна энергии Гиббса веществ правой части уравнения. При равновесии движущая сила изменения энтальпии, сопровождающего реакцию, полностью уравновешивается движущей силой изменения вероятности (изменения энтропии). [c.300]

Направление химической реакции определяется стремлением системы к достижению равновесия и термодинамически выражается изменением изобарно-изотермического потенциала (свободной энергии Гиббса) ДО при переходе системы из начального состояния в конечное. Для окислительно-восстановительной системы одним из способов определения этой величины является установление соотношения между изменением изобарно-изотермического потенциала и электродвижущей силой (э. д. с.) гальванической ячейки. В гальванической ячейке (элементе), содержащей электролит и два электрода, замкнутые через внешнюю цепь, самопроизвольно протекает химическая реакция. Так, если в качестве электродов выбрать цинковую н платиновую пластины, помещенные в разбавленные растворы 2п504 и Н2ЗО4 соответственно (рис. 2.4), то в результате химического взаимодействия [c.46]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология