хим равновесие

Лектор - к. хім. н., доц.

Томаровська Тетяна Олександрівна

Національний фармацевтичний університет

Кафедра фізичної та колоїдної хімії

Тема лекції: “Термодинаміка хімічної рівноваги”

ПЛАН ЛЕКЦІЇ:

1. Ознаки стану рівноваги.

2. Закон діючих мас. Константи рівноваги.

3. Зв’язок між константами рівноваги Кс і Кх.

4. Рівняння ізотерми хімічної реакції.

5. Залежність константи рівноваги від температури.

6. Залежність константи рівноваги від тиску.

7. Значення хімічної термодинаміки для фармації.

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

ЛІТЕРАТУРА:

1. Фізична і колоїдна хімія / В. І. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д. Грицан та ін. – Х. : Прапор, Видавництво УкрФА, 1999. – 368 с.

2. Фізична та колоїдна хімія. Збірник задач / В. І. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д. Грицан та ін. – Х. : Вид-во НФАУ; Вид-во ТОВ “Золоті сторінки”, 2001. – 208 с.

3. Фізична та колоїдна хімія: Збірник завдань для самостійної роботи: Навч. посібник для студентів заочної (дистанційної) форми навчання фармацевтичних вузів і факультетів III—IV рівнів акредитації / В. I. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д. Грицан та ін. За ред. В. I. Кабачного. – Х. : Вид-во НФаУ, 2008. – 140 с.


Більшість хімічних реакцій є оборотними.

У стані хімічної рівноваги пр = звор

Ознаки рівноваги:

динамічність рухливість


Термодинамічні ознаки рівноваги:

незалежність стану рівноваги від того, з якого боку він досягнутий;

мінімальний запас енергії у стані рівноваги і максимальне значення ентропії.


ЗАКОН ДІЮЧИХ МАС.

КОНСТАНТА РІВНОВАГИ


Розглянемо оборотну реакцію, яка

перебігає у газовій фазі:

1А1+2А2 3А3+4А4


1 = 2

k1 і k2 – константи швидкості реакцій

21

2111υ ppk

4321

432211

ppkppk

pÊpp

pp

k

k

21

43

21

43

2

1

43

4322υ ppk


ЗВ’ЯЗОК МІЖ КОНСТАНТАМИ

РІВНОВАГИ Кc І Кx


в молярних частках (xi):

;21

43

21

43

ññ

ññÊ ñ

.21

43

21

43

õõ

õõÊ õ

Концентрації реагучих речовин виражають:в молях на одиницю об’єму (сi) (моль/дм3):


pi = niRT/V = ciR T

,)(21

43

21

43

RTññ

ññÊ p

2143Δ

)(RTКК cp


де pзаг – загальний тиск і pi = ciRT.

Звідси:

Підставимо значення xi у рівняння для Kx:

³çàãi õpp

хc RT

pii

заг

çàã

x p

RT

cc

ccK

21

43

21

43


РІВНЯННЯ ІЗОТЕРМИ

ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ


pÊT Rpp

ppT RG lnlnΔ

21

43

21

43

За рівнянням ізотерми хімічної реакції

можна визначити напрямок перебігу

самодовільних процесів


реакція перебігає самодовільно в прямому напрямку

– у зворотному напрямку

– система у стані рівноваги.


0Δlnln2

21

1

44

33

GKpp

pp p

0Δlnln21

43

21

43

GKpp

pp p

GKpp

ppp 0Δlnln

21

43

21

43

За допомогою рівняння ізотерми можна

визначити хімічну спорідненість різних

речовин, тобто характеризувати їх

здатність вступати у хімічну взаємодію.


Стандартна хімічна спорідненість

– була введена для співставлення реакційних

здатностей різноманітних хімічних систем, які

відрізняються за хімічною природою, і

характеризує реакційну здатність хімічної

системи за стандартних умов.


Для ідеальних газів стандартом є рівність

одиниці початкових парціальних тисків, тоді:

де G0 – стандартна зміна енергії Гіббса.


pKRTG ln0

При використанні СІ початкові парціальні тиски дорівнюють 1,013·105 Па (1 атм = 1,013·105 Па).

Тоді:

– зміна кількості газоподібних речовин у результаті перебігу реакції

(95,828 = 8,314ln 1,01325105)


T KRTG p Δ828,95lnΔ 0

)10013,1( lnln 50 RTKRTG p

Для хімічної реакції

0

)(

0

)(

0 –Δ âèõfiïðîäfi GGG


Gf0 – стандартна енергія Гіббса утворення; зміна енергії Гіббса

при утворенні 1 моль речовини за стандартних умов.

ЗАЛЕЖНІСТЬ

КОНСТАНТИ РІВНОВАГИ

ВІД ТЕМПЕРАТУРИ


Відповідно до умов проведення

процесу залежність константи

рівноваги від температури можна

розрахувати за рівняннями: ізобари хімічної реакції ізохори хімічної реакції


2

0

ln

TR

U

Td

Кd c


2

ln

RT

H

dT

Kd p

Для екзотермічної реакції (Нr < 0) підвищення температури зменшує константу рівноваги (невигідне)

Для ендотермічної (Нr > 0) підвищення температури збільшує константу рівноваги (вміст продуктів у суміші збільшується)

Підвищення температури зсуває рівновагу

у бік ендотермічної реакції


При інтегруванні одержуємо рівняння ізобари:

.Δ

ln0

constT R

HÊ p

1/T 0

lnKp

tg = –ΔН/R


Інтегруючи в інтервалі від T1 до T2:

21

0 11Δln

1

2

TTR

H

Ê

Ê

p

p


ЗАЛЕЖНІСТЬ КОНСТАНТИ РІВНОВАГИ ВІД ТИСКУ


Константи Кр і Кс не залежать від тиску, а Кх – залежить.

Логарифмуємо:

)( çàãpx pÊÊ

çàãpx pÊ Ê lnΔlnln Диференціюємо:

çàãT

x

pp

Ê

Δln


Для реакції, яка перебігає зі збільшенням кількості молів ( > 0), підвищення тиску зменшує константу рівноваги.

Для реакції, у якій кількість молів зменшується, підвищення тиску призводить до збільшення константи рівноваги – вихід продуктів зростає.

Якщо кількість молів не змінюється ( = 0), то константа рівноваги не залежить від тиску, тобто тиск не впливає на склад рівноважної суміші.


ЗНАЧЕННЯ ХІМІЧНОЇ ТЕРМОДИНАМІКИ

ДЛЯ ФАРМАЦІЇ


ЗАКОНИ ТЕРМОХІМІЇ Використовують при: дослідженні енергетичних змін, які

відбуваються в організмі під дією різних лікарських речовин;

моделюванні фізіологічних процесів при температурі, яка відрізняється від температури організму людини;

перерахунку термодинамічних величин відносно реальних умов.


ІІ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ Дозволяє передбачити напрямок перебігу реакцій в

організмі за участю лікарської речовини.

Лежить в основі таких явищ, як: адсорбція екстракція змочування важливих для життєдіяльності організмулюдини.


ТЕОРІЯ ХІМІЧНОЇ РІВНОВАГИ

Дозволяє: прогнозувати шляхи максимального

виходу синтезованих лікарських препаратів.


Дякую за увагу!


Education

хим равновесие