Что называется нормальным сродством

Представление о химическом сродстве

Из того факта, что одни вещества реагируют друг с другом легко и быстро, другие с трудом, третьи – совсем не реагируют, возникает предположение о наличии или отсутствии особого химического сродства между веществами.

Первое предположение о том, что мерой такого сродства является скорость реакции, пришлось оставить ввиду того, что скорость химических реакций существенно зависит от внешних причин, например, от вводимых катализаторов.

Второе предположение, по которому мерой химического сродства является тепловой эффект реакции, также пришлось оставить. Бесспорно, во многих случаях реакции идут с выделением теплоты; образование воды из водорода и кислорода, образование хлоридов из металлов и хлора, взаимодействие кислот с металлами и т.д. Однако, хорошо известны необратимые реакции, протекающие с поглощением теплоты. Кроме того, в обратимых процессах одна из реакций идет с выделением теплоты, а обратная ей реакция сопровождается поглощением теплоты. Следовательно, если мы смешаем вещества, взаимодействие которых сопровождается экзотермической реакцией, то смешение продуктов этой реакции приведет к протеканию обратной эндотермической реакции.

Вполне удачной и в настоящее время общепринятой оказалась идея Вант-Гоффа, которая затем была существенно развита бельгийским ученым Теофилом де Донде, что мерой химического сродства (А) между веществами является та максимальная полезная работа, которая совершается при обратимо протекающей между ними реакции.

В соответствии с ранее данным определением (смотри (III, 19))

Принимая во внимание (V,7), мы можем записать:

где и — химические потенциалы соответственно исходных реагентов и продуктов. В состоянии равновесия

, следовательно А = 0

При A > 0 неравновесное состояние системы характеризуется избытком исходных реагентов и для достижения равновесия реакция должна идти слева направо; при А 0 определяется соотношением:

где и — стандартные химические потенциалы исходных реагентов и продуктов реакции соответственно. Стандартное химическое сродство связано со стандартным изменением энергии Гиббса и стандартной константой равновесия реакции :

Источник

Химическое сродство. Уравнение изотермы химической реакции

Само стремление веществ взаимодействовать друг с другом называется химическим сродством. Мерой химического сродства является полезная работа, которую может совершать система при протекании химической реакции.

Таким образом, чем меньше изменение энергии Гиббса, тем больше химическое сродство реагентов друг к другу. В первую очередь изменение энергии Гиббса определяется природой реагирующих веществ, температурой и составом исходной смеси. То есть, в изобарно-изотермических условиях, для данной химической реакции полезная работа будет определяться составом реакционной смеси.

Данное выражение позволяет оценить направление химической реакции при известной константе равновесия и исходном составе реакционной смеси:

1.

2.

3.

Для расчета произведения относительных парциальных давлений в любой момент времени необходимо знать не только состав реакционной смеси, но и общее давление в системе:

Частным случаем уравнения изотермы является уравнение нормального сродства:

Поэтому — уравнение нормального сродства, основное уравнение химической термодинамики.

1. связывает теоретические термодинамические величины с реально существующей константой равновесия К 0

2. позволяет рассчитать константу равновесия К 0 по справочным данным.Чаще всего это происходит при объединении уравнения нормального сродства и уравнении Гиббса-Гельмгольца:

Уравнение изотермы показывает, что химическое сродство зависит не только от температуры и природы реагирующих веществ, но и определяется составом реакционной смеси. В природе может существовать бесконечно много составов и следовательно, бесконечное число значений химического сродства. Именно уравнение изотермы свидетельствует о том, что абсолютно невозможных процессов не бывает. Сколь бы малой не была константа, она не равна нулю! Однако, в реакционной системе могут полностью отсутствовать продукты реакции.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Химическое сродство

Смотреть что такое «Химическое сродство» в других словарях:

ХИМИЧЕСКОЕ СРОДСТВО — Свойство известных тел соединяться одно с другим. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ХИМИЧЕСКОЕ СРОДСТВО Свойство тел соединяться с теми, а не с другими телами. Объяснение 25000 иностранных слов,… … Словарь иностранных слов русского языка

химическое сродство — реакции; химическое сродство Величина, количественно характеризующая термодинамическую возможность протекания данной химической реакции, равная алгебраической сумме произведений химических потенциалов всех веществ, участвующих в реакции, на их… … Политехнический терминологический толковый словарь

химическое сродство — Величина для данной химической реакции (см. 122), равная где µBi — химический потенциал вещества Bi при данной температуре и исходной (до начала химической реакции) концентрации (давлении) реагирующих веществ. [Сборник рекомендуемых… … Справочник технического переводчика

химическое сродство — cheminis giminiškumas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas( ai) Grafinis formatas atitikmenys: angl. affinity of a chemical reaction; chemical affinity vok. chemische Affinität, f; chemische… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

химическое сродство — cheminis giminingumas statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiagų gebėjimas sąveikauti, apibūdinamas laisvosios energijos arba entalpijos sumažėjimu. atitikmenys: angl. chemical affinity rus. химическое сродство … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

химическое сродство — cheminis giminiškumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. chemical affinity vok. chemische Affinität, f rus. химическое сродство, n pranc. affinité chimique, f … Fizikos terminų žodynas

Химическое сродство — Способность каждого простого тела соединяться с другими элементами и образовывать с ними сложные тела, в большей или меньшей степени склонные давать новые, сложнейшие соединения, составляет основной характер каждого элемента. Так, напр., сера… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

химическое сродство реакции — химическое сродство реакции; химическое сродство Величина, количественно характеризующая термодинамическую возможность протекания данной химической реакции, равная алгебраической сумме произведений химических потенциалов всех веществ, участвующих … Политехнический терминологический толковый словарь

стандартное химическое сродство — Химическое сродство реакции, рассчитанное для условий, когда каждое из веществ, участвующих в реакции, находится в стандартном состоянии при заданной температуре реакции … Политехнический терминологический толковый словарь

Источник

Химическое сродство

Полезное

Смотреть что такое «Химическое сродство» в других словарях:

ХИМИЧЕСКОЕ СРОДСТВО — Свойство известных тел соединяться одно с другим. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ХИМИЧЕСКОЕ СРОДСТВО Свойство тел соединяться с теми, а не с другими телами. Объяснение 25000 иностранных слов,… … Словарь иностранных слов русского языка

химическое сродство — реакции; химическое сродство Величина, количественно характеризующая термодинамическую возможность протекания данной химической реакции, равная алгебраической сумме произведений химических потенциалов всех веществ, участвующих в реакции, на их… … Политехнический терминологический толковый словарь

химическое сродство — Величина для данной химической реакции (см. 122), равная где µBi — химический потенциал вещества Bi при данной температуре и исходной (до начала химической реакции) концентрации (давлении) реагирующих веществ. [Сборник рекомендуемых… … Справочник технического переводчика

химическое сродство — cheminis giminiškumas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas( ai) Grafinis formatas atitikmenys: angl. affinity of a chemical reaction; chemical affinity vok. chemische Affinität, f; chemische… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

химическое сродство — cheminis giminingumas statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiagų gebėjimas sąveikauti, apibūdinamas laisvosios energijos arba entalpijos sumažėjimu. atitikmenys: angl. chemical affinity rus. химическое сродство … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

химическое сродство — cheminis giminiškumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. chemical affinity vok. chemische Affinität, f rus. химическое сродство, n pranc. affinité chimique, f … Fizikos terminų žodynas

Химическое сродство — термин, применяющийся для характеристики способности данных веществ к химическому взаимодействию между собой или для характеристики степени устойчивости получающегося при этом соединения к разложению на исходные вещества. В разное время Х … Большая советская энциклопедия

химическое сродство реакции — химическое сродство реакции; химическое сродство Величина, количественно характеризующая термодинамическую возможность протекания данной химической реакции, равная алгебраической сумме произведений химических потенциалов всех веществ, участвующих … Политехнический терминологический толковый словарь

стандартное химическое сродство — Химическое сродство реакции, рассчитанное для условий, когда каждое из веществ, участвующих в реакции, находится в стандартном состоянии при заданной температуре реакции … Политехнический терминологический толковый словарь

Источник

Что называется нормальным сродством

Многие физики считают химию «естественной» наукой, начисто лишенной математической логики и строгости. Отчасти они правы: долгое время химия была чисто экспериментальной наукой. Работами Гиббса, Полинга, Ландау, Пригожина, Бора, Борна, Гейзенберга, Паули и другими была создана новая химия, мало отличающаяся от физики по «математизации».

Продолжительное время оставался открытым вопрос о теоретическом предсказании возможности протекания реакции между двумя веществами (далее речь пойдет о термодинамической возможности). Эта проблема была решена исходя из устойчивости состояний с минимальным значением термодинамического потенциала. В нашей статье мы рассмотрим энергию Гиббса. Запишем основное уравнение термодинамики (обобщенный I и II законы).

продифференцируем обе части по времени:

При P = const, T = const:

То есть энергия Гиббса есть убывающая функция времени (в системе без внешних воздействий). Иными словами, при протекании самопроизвольных процессов энергия Гиббса убывает: dG
где знак равенства соответствует обратимому процессу. Знак больше соответствует необратимому, самопроизвольному процессу. Знак больше говорит о том, что изменение энтропии при таком процессе больше, чем .

Клаузиус ввел понятие нескомпенсированной теплоты :

Таким образом нескомпенсированная теплота это не какая-то реально выделившееся или поглотившееся теплота, а такое количество теплоты, которое необходимо добавить к в неравенстве (5), чтобы обратить его в тождество. В то же время неравенство (5) можно переписать в виде:

Сравнивая (6) и (7) легко заметить, что .

Бельгийская школа термодинамики (Пригожин, Де Донде) изменение энтропии представляет в виде:

где d_eS – изменение энтропии, обусловленное обменом системы с внешней средой энергией и веществом,

d_iS – изменение энтропии, обусловленная необратимыми процессами, протекающими внутри системы (например химическая реакция)

Согласно (8) и учитывая положительность абсолютной термодинамической температуры, можно заключить, что:

Действительно, сложив уравнение (10) с (11) и разделив на T, получим уравнение (6).

Закон возрастания энтропии справедлив только для изолированных систем (таких систем, которые не обмениваются с внешней средой ни веществом, ни энергией). Его формулировка: в изолированных системах энтропия может только возрастать или оставаться неизменной.

Индексы U, V указывают что изменение энтропии происходит при постоянной внутренней энергии и объеме (т.е в изолированной системе).

Используя уравнения (10) и (12) можно записать обобщенный второй закон термодинамики:

При этом d_iS и d_eS независимы друг от друга.

В случае изолированной системы, когда U=const, V=const, согласно (14) и (9) (напомним, что дифференциал константы равен нулю):

То есть мы получили обычный закон возрастания энтропии (13)

3. Химическое сродство

Все наши рассуждения до этого момента касались систем с постоянным числом частиц. Теперь же мы обобщим наши рассуждения на случай переменного числа частиц. Запишем фундаментальное уравнение (The fundamental equation, как его называют в англоязычной литературе):

Выразим отсюда TdS:

Изменение числа молей k-ого компонента может происходить за счет обмена с внешней средой, или за счет процессов, протекающих внутри самой системы (например, химической реакции):

Это разделение эквивалентно разделению изменения энтропии (9).

Разделив выражение (15) на T, и используя (9) и (16) имеем:

Де Донде показал, что:

Знак ≥ 0 мы поставили на основании (12)

Рассмотрим гипотетическую химическую реакцию :

A + B = 2C
При этом изменения количеств веществ, участвующих в реакции связанны между собой:

Выражая отсюда dn_k и подставляя в (18) имеем:

Конкретно для нашей реакции A + B = 2C имеем:

Величина

называется химическим сродством.

Химическое сродство отражает в данный момент времени состояние системы (реакционной смеси). При P = const, T = const

Как мы выяснили ранее, при самопроизвольных процессах dG ≤ 0, значит:

С учетом (22) выражение (21) можно переписать в виде:

Сравнивая уравнение (23) с (11), имеем:

Продифференцируем (23) по времени:

Теперь необходимо уяснить смысл дроби . Производная по времени означает скорость изменения степени полноты реакции.

Напомним, что по определению:

Рассмотрим более подробно уравнение (25). Здесь возможно три случая:

Исходя из определения это означает что dn_c > 0 и dn_a
2. A 0, dt > 0 (время не может течь назад) имеем: (рис.2) т.е. изменение полноты реакции отрицательно (степень полноты реакции как функция времени убывает).

Исходя из определения это означает что dn_c 0, dn_b > 0, то есть количество продуктов реакции в случае отрицательного значения сродства уменьшается (а количество исходных веществ увеличивается).

Идет превращение продуктов в исходные вещества.

3. A = 0 Это соответствует полному термодинамическому равновесию. Количества исходных веществ и продуктов реакции остаются постоянными. Степень полноты реакции достигает постоянного равновесного значения (степень полноты реакции как функция времени постоянна (прямая) ξ(t) = ξeq = const (рис.3)

При этом зависимость химического сродства от степени полноты реакции будет иметь следующий вид:

Химическое сродство в момент термодинамического равновесия равно нулю. Этому соответствует какое-то равновесное значение степени полноты реакции (ξeq). Как видно из графика при переходе через это равновесное значение химическое сродство меняет знак.

4. Связь термодинамических потенциалов с химическим сродством

Запишем первый закон термодинамики:

Согласно уравнению (6)

Значит:

Выразим отсюда dU:

При постоянной энтропии и объеме (при постоянстве характеристических переменных термодинамического потенциала – внутренней энергии) имеем:

Аналогичные выражения можно получить для всех термодинамических потенциалов:

Как уже было сказано выше, из всех потенциалов нас более всего будет интересовать энергия Гиббса:

То есть при постоянной температуре и давлении изменение энергии Гиббса равно с обратным знаком нескомпенсированной теплоте.

Из уравнения (24) видно, что:

Раздели обе части на dξ:

Уравнение (29) является одним из важнейших в данной статье, и наиболее полно раскрывает суть понятия химического сродства.

Согласно (29) химическое сродство – производная энергии Гиббса по степени полноты реакции при постоянной температуре и давлении.

В состоянии равновесия энергия Гиббса имеет минимум. Необходимое условие минимума – равенство нулю первой производной. А это исходя из (29) возможно только в случае А = 0 (третий случай в предыдущем пункте).

Химическое сродство – универсальная величина, показывающая то, как глубоко (интенсивно) будут взаимодействовать между собой вещества. Являясь универсальной мерой термодинамической активности, химическое сродство отражает фундаментальное стремление всех веществ в конечном итоге достигнуть состояния термодинамического равновесия.

Рассмотрим график зависимости энергии Гиббса от степени полноты реакции ξ:

Как видно из графика, энергия Гиббса как функция степени полноты реакции имеет минимум (напомним, что давление и температура постоянны). Этому минимуму на оси ξ соответствует равновесное значение степени полноты реакции. Этот минимум отвечает устойчивому состоянию термодинамического равновесия, при котором энергия Гиббса минимальна.

Снова рассмотрим три случая:

Т.к. А > 0, dG 0 т.е. идет превращение исходных веществ в продукты. На графике этой ситуации соответствует левая ветвь (с увеличением степени полноты реакции энрегия Гиббса убывает).

2. A
найдем равновесное значение степени полноты реакции ξeq (абсциссу экстремума). Слева от этой точки производная отрицательная, справа – положительная. Из этого следует заключить, что этот экстремум является минимумом (вспомним 10 класс). Как мы выяснили, минимуму энергии Гиббса соответствует термодинамическое равновесие.

Мы получили тот же результат, что и в предыдущем пункте, но используя не второй закон термодинамики, а свойство термодинамических потенциалов (в данном случае энергии Гиббса). Те же рассуждения можно повторить и для оставшихся термодинамических потенциалов, при постоянстве их характеристических переменных (для энергии Гиббса это P и Т).

Таким образом, химическое сродство является очень важным понятием для химии. В случае химических реакций оно характеризует стремление системы к равновесию (в данном случае к химическому). Сродство является одним из базовых понятий неравновесной термодинамики, являясь закономерным развитием феноменологической термодинамики.

Составил Новиков Д.В.

Источник