Химическая реакция, протекающая в смеси реагирующих друг с другом веществ, приводит в конце концов к установле- нию состояния равновесия, в котором количество каждого из участвующих в реакции веществ больше уже не изменяется. Об этом случае термодинамического равновесия говорят как о хи- мическом равновесии. Всякая химическая реакция протекает вообще говоря, в обоих направлениях; до достижения равнове- сия 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 хи- мического равновесия, но не самого хода реакции, приводящего к этому равновесию. Существенно, что состояние химического равновесия не за- висит от того, каким образом (при каких условиях) происхо- дила реакция1) ; оно зависит только от тех условий, в которых находится смесь реагирующих веществ в самом состоянии рав- новесия. Поэтому при выводе условия химического равновесия можно делать любые предположения о том, каким образом ре- акция протекала. Прежде всего условимся о способе записи реакции. Химиче- ские реакции, как известно, записываются в виде символических равенств, которые имеют вид (если перенести все члены в одну сторону) 5>Л = 0, A01.1) где А{ — химические символы реагирующих веществ, а коэф- фициенты щ — целые положительные или отрицательные числа. Например, для реакции 2Н2+О2 = 2Н2О или 2Н2+О2 —2H2O = 0 коэффициенты z^h2 = 2, vq2 = 1, ^н2о = — 2. х) В частности, оно не зависит от того, происходила ли реакция с участием катализатора или без него. 350 ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ Предположим, что реакция происходила при постоянных температуре и давлении. При таких процессах стремится к минимуму термодинамический потенциал системы. В равно- весии, следовательно, потенциал Ф должен иметь наименьшее возможное (при заданных Р и Т) значение. Обозначим через N\, Л/2,... числа частиц различных участвующих в реакции ве- ществ. Тогда необходимое условие минимальности Ф можно на- писать в виде равенства нулю полной производной от Ф (при заданных Р и Т) по одному из Л^, скажем по N\\ дФ_ дФ_Ш2_ дФ_Шз_ _0 dN! dN2 dNx dN3 dN± '" ~ Изменения чисел Ni при реакции связаны друг с другом уравне- нием реакции: ясно, что если N\ изменится на v\, то каждое из остальных чисел Ni изменится на щ. Другими словами, можно написать dNi = VidN\jv\ или dNi/dN\ = щ/и\. Поэтому преды- дущее равенство можно переписать в виде Наконец, подставляя = \Л{ и сокращая на v\, получим Это и есть искомое условие химического равновесия. Для то- го чтобы записать его, надо в уравнении химической реакции заменить символы Ai соответствующими химическими потен- циалами \i{. В случаях, когда в смеси возможны несколько раз- личных реакций, условием равновесия будет являться система нескольких уравнений типа A01.2). Каждое из уравнений соста- вляется указанным способом на основании уравнений каждой из возможных реакций. Отметим, что условие A01.2) сохраняет свой вид и в тех случаях, когда реагирующие вещества распределены в виде рас- творенных веществ в двух различных соприкасающихся фазах. Это обстоятельство следует из того, что в равновесии химиче- ские потенциалы каждого из веществ в обеих фазах равны друг другу в силу условий фазового равновесия.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Условие химического равновесия» з дисципліни «Теоретична фізика у 10 томах»
