Главная > Физика > Теоретическая физика. Т. V. Статистическая физика.
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

ГЛАВА X. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

§ 101. Условие химического равновесия

Химическая реакция, протекающая в смеси реагирующих друг с другом веществ, приводит в конце концов к установлению состояния равновесия, в котором количество каждого из участвующих в реакции веществ больше уже не изменяется. Об этом случае термодинамического равновесия говорят как о химическом равновесии. Всякая химическая реакция протекает, вообще говоря, в обоих направлениях; до достижения равновесия одно из направлений реакции преобладает над другим, а при равновесии обе противоположные реакции протекают с такими скоростями, что общие числа частиц каждого из реагирующих веществ остаются неизменными. Предметом термодинамики в применении к химическим реакциям является изучение лишь химического равновесия, но не самого хода реакции, приводящего к этому равновесию.

Существенно, что состояние химического равновесия не зависит от того, каким образом (при каких условиях) происходила реакция; оно зависит только от тех условий, в которых находится смесь реагирующих веществ в самом состоянии равновесия. Поэтому при выводе условия химического равновесия можно делать любые предположения о том, каким образом реакция протекала.

Прежде всего условимся о способе записи реакции. Химические реакции, как известно, записываются в виде символических равенств, которые имеют вид (если перенести все члены в одну сторону)

(101,1)

где А, — химические символы реагирующих веществ, а коэффициенты V, — целые положительные или отрицательные числа. Например, для реакции или коэффициенты .

Предположим, что реакция происходила при постоянных температуре и давлении.

При таких процессах стремится к минимуму термодинамический потенциал системы. В равновесии, следовательно, потенциал Ф должен иметь наименьшее возможное (при заданных Р и Т) значение. Обозначим посредством числа частиц различных участвующих в реакции веществ. Тогда необходимое условие минимальности Ф можно написать в виде равенства нулю полной производной от Ф (при заданных Р и Т) по одному из N, скажем по

Изменения чисел при реакции связаны друг с другом уравнением реакции: ясно, что если изменится на то каждое из остальных чисел изменится на Другими словами, можно написать или Поэтому предыдущее равенство можно переписать в виде

Наконец, подставляя сокращая на , получим

(101,2)

Это и есть искомое условие химического равновесия. Для того чтобы записать его, надо в уравнении химической реакции заменить символы - соответствующими химическими потенциалами . В случаях, когда в смеси возможны несколько различных реакций, условием равновесия будет являться система нескольких уравнений типа (101,2). Каждое из уравнений составляется указанным способом на основании уравнений каждой из возможных реакций.

Отметим, что условие (101,2) сохраняет свой вид и в тех случаях, когда реагирующие вещества распределены в виде растворенных веществ в двух различных соприкасающихся фазах. Это обстоятельство следует из того, что в равновесии химические потенциалы каждого из веществ в обеих фазах равны друг другу в силу условий фазового равновесия

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление