Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

15: Термодинаміка хімічних рівноваг

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19336

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Намагатися впровадити хімічну термодинаміку початківцям учням завжди проблематично; зробити це «правильно» вимагає ступеня строгості, яка рідко досягає успіху для більш ніж невеликої частки класу. Хоча повний формальний розвиток рідко доречний на цьому рівні, я вважаю, що цінність розвитку розуміння студентами фундаментальних понять, як правило, недооцінена. Це вимагає деякого розуміння того, як теплова енергія розсіюється в речовині - те, що не є частиною класичної термодинаміки і не підтримується більшістю підручників, але відповідає молекулярній спрямованості сучасної хімічної науки.

    Значення рівноваги для оборотної реакції - важлива величина, яка характеризує хімічну реакцію, але які фактори регулюють її значення? Зокрема, чи можна передбачити значення константи рівноваги реакції виключно з інформації про самих продуктах і реагентах, взагалі без будь-яких знань про механізм або інші деталі реакції? Відповідь - так, і це виявляється центральним призначенням хімічної термодинаміки:

    Метою термодинаміки є прогнозування рівноважного складу системи з властивостей її компонентів.

    Не дозволяйте значення цього пройти повз вас; це означає, що ми можемо з повною впевненістю сказати, чи можлива дана зміна, і якщо це можливо, в якій мірі це відбудеться - без необхідності вивчення конкретної реакції, про яку йде мова. Значною мірою саме це робить хімію наукою, а не просто каталогізацією фактів.

    • 15.1: Поширення енергії сприяє спонтанним змінам
      Процеси, які протікають у певному напрямку, коли вони залишаються собі і за відсутності будь-якої спроби загнати їх у зворотному напрямку — відомі як природні спонтанні зміни процесора. У багатьох випадках наш повсякденний життєвий досвід навчає нас напрямку, в якому можуть відбуватися спонтанні зміни, і все, що суперечить цим очікуванням, відразу ж відчувається як дивне.
    • 15.2: Правила ентропії
      Раніше ми пояснювали, як схильність теплової енергії до максимально широкого розсіювання - це те, що рухає всіма спонтанними процесами, включаючи, звичайно, хімічні реакції. Тепер нам потрібно зрозуміти, як напрямок та ступінь поширення та розподілу енергії можуть бути пов'язані з вимірюваними термодинамічними властивостями речовин - тобто реагентів та продуктів.
    • 15.3: Другий закон термодинаміки
      Перший Закон термодинаміки, виражений як ΔU = q + w, по суті є твердженням закону збереження енергії. Значення цього закону полягає в тому, що він говорить нам про те, що будь-який запропонований процес, який би порушив цю умову, може бути відхилений як неможливий, навіть не допитуючись до деталей процесу.
    • 15.4: Вільна енергія та функція Гіббса
      У цьому блоці введено нову термодинамічну функцію, вільну енергію, яка виявляється єдиним найбільш корисним критерієм прогнозування напрямку хімічної реакції і складу системи при рівновазі. Як ми пояснимо в нижній частині цієї сторінки, термін «вільна енергія», хоча і все ще широко використовується, є досить оманливим, тому ми часто будемо називати його «функцією Гіббса» або «енергією Гіббса».
    • 15.5: Термодинаміка змішування та розведення
      Цей урок виходить дещо за рамки того, що охоплюється в більшості курсів першого року, і зазвичай його можуть пропустити студенти на курсах початківців, які не мають відзнакою. Представлені тут концепції не особливо складні, але вони насправді не стають важливими, поки людина не потрапить на більш просунуті курси з хімії, фізіології та подібних предметів.
    • 15.6: Вільна енергія та рівновага
      В умовах постійної температури і тиску хімічні зміни будуть, як правило, відбуватися в будь-якому напрямку, що призводить до зниження значення вільної енергії Гіббса. У цьому уроці ми побачимо, як G змінюється залежно від складу системи, коли реагенти змінюються на продукти. Коли G падає, наскільки це може, всі чисті зміни припиняються. Рівноважний склад суміші визначається ΔG°, що також визначає константу рівноваги K.
    • 15.7: Деякі застосування ентропії та вільної енергії
      Термодинаміка може здатися спочатку досить езотеричним предметом, але коли ви думаєте про це, майже кожен хімічний (і біологічний) процес регулюється змінами ентропії та вільної енергії. Такі приклади, як наведені нижче, повинні допомогти вам зв'язати ці поняття з реальним світом.
    • 15.8: Квантові стани, мікростани та поширення енергії в реакціях
      Ентропія (S) - це функція стану, значення якої збільшується зі збільшенням кількості доступних мікростанів.Для даної системи чим більше число мікростанів, тим вище ентропія. Під час спонтанного процесу ентропія Всесвіту збільшується.