В этом случае будет реализовываться термодинамический контроль химической реакции. Данная ситуация означает, что наступило химическое равновесие, то есть скорость прямой и обратной реакции одинаковые и образование продуктов контролируется только термодинамическими факторами. Если химическая реакция протекает необратимо, что соответствует условию ухода одного из продуктов из реакционной среды (образование газа при горении органических веществ, выпадение осадка при образовании нерастворимой соли, получение мало диссоциирующего соединения, например, воды при реакциях окисления), то термодинамическое равновесие никогда не наступит за конечный промежуток времени. Такие реакции будут иметь кинетический контроль. Если химический процесс идет обратимо, что соответствует возможности протекания реакции в противоположных направлениях в одних и тех же условиях, то он будет иметь термодинамический контроль.
Химическое равновесие
Химическое равновесие обратимых реакций характеризуется константой равновесия. Для обратимого процесса, который имеет вид
где k1 и k2 -константа скорости прямой и обратной реакции соответственно, можно записать согласно закону действующих масс, что скорость прямого и обратного химического процесса
В состоянии химического равновесия скорости прямой и обратной реакций равны
где К — константа равновесия, равная отношение констант скорости прямой и обратной реакций или отношению произведений равновесных мольных концентраций продуктов и реагентов взятых в степенях стехиометрических коэффициентов.
Константа равновесия связана с изменением энергии Гиббса через уравнение нормального сродства
Таким образом, если химическая реакция протекает с понижением энергии Гиббса, то константа равновесия K>1 и наоборот, что соответствует k1>k2 и .
Состояние химического равновесия при неизменных внешних условиях может сохраняться сколь угодно долго. Реально система постоянно испытывает различные воздействия, которые нарушают равновесие. Когда это происходит, то скорости прямой и обратной реакций становятся разными, и в системе быстрее протекает процесс, который приводит ее обратно к состоянию равновесия при новых условиях.
Изменения, которые происходят в системе из-за внешних воздействий, определяются принципом подвижного равновесия или принципом Ле-Шателье который гласит, что внешнее воздействие на систему, находящуюся в состоянии равновесия, приводит к смещению этого равновесия в направлении, при котором эффект произведенного воздействия ослабляется. Основные типы воздействия — это изменение концентрации одного из веществ в системе, изменение давления или температуры.
Увеличение концентрации одного из реагентов смещает химическое равновесие в сторону расхода этого вещества и наоборот. Данное явление объясняется тем, что при повышении концентрации одного из реагирующих веществ увеличивается число столкновений с его участием, что приводит к росту концентраций реагентов в противоположной реакции.
Изменение давления влияет обычно только для газофазных реакций. При повышении давления химическое равновесие смещается в ту сторону, где происходит уменьшение количества молекул газообразных реагентов, т. е. в сторону понижения давления и наоборот. При протекании реакции без изменения количества молекул газа давление не влияет на положение равновесия.
Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию всех молекул в системе. Данный прирост больше влияет на частицы, которые вступают в эндотермическую реакцию. Таким образом, при повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции и наоборот.
Выводы
Таким образом, на основании данной работы можно сделать следующие выводы. Химические явления с начала веков проникли в нашу повседневную жизнь и играют в ней одну из ведущих ролей. Разнообразие реакций подтолкнуло учёных к разработке различных теорий и закономерностей химических процессов, основными из которых являются учение о состояниях — химическая термодинамика и учение о переходах из одного состояния в другое — химическая кинетика. Они, по моему мнению, бесспорно, занимают почётное место в физической химии.
Разработанные великими учёными и рассмотренные в данном реферате закономерности протекания химических реакций играют важную роль в понимании тех или иных процессов. Химическая реакция идёт самопроизвольно в направлении уменьшения энергии Гельмгольца и Гиббса с точки зрения термодинамики, но с точки зрения кинетики в направлении, при котором реализуется наименьший активационный барьер. Вследствие этого нужно различать химические реакции, которые протекают равновесно и подчиняются термодинамическому контролю и не равновесно и подчиняются кинетическому контролю. При осуществлении тех или процессов нужно учитывать различные факторы, влияющие на скорость химических реакций, одним из которых является наличие катализатора. Всегда нужно принимать во внимание и возможности смещения химического равновесия в обратимых реакциях, так как, варьируя условия, можно с большим выходом получать необходимые продукты при этом затратив меньшее количество энергии.
Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. Учеб. для вузов — 4-е изд., испр — М.: Академия, 2001. — 743 с.
Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для студ. вузов. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Академия, 2003. — 608 с.
Кузьменко Н. Е. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы: В 2 т. / Н. Е. Кузьменко, В. В. Еремин, В. А. Попков. — 7-е изд., перераб.
и доп. — М.: Экзамен, 2002. — Т. 1 — 384с.
Краткий справочник физико-химических величин. Издание 8-ое переработанное / А. А. Равдель, А. М. Пономарёва; под ред. А. М. Пономарёвой и А. А. Равделя — Л.: Химия, 1983. — 231 с.
Леенсон И. А. Как и почему происходят химические реакции. Элементы химической термодинамики и кинетики. Учебное пособие — Долгопрудный: Интеллект, 2010. — 224 с.
Панченков Г. М., Лебедев В. П. Химическая кинетика и катализ. Учебное пособие для вузов. — 3-е изд.
испр. и доп. — М.: Химия, 1985. — 592 с.
Романовский Б. В. Основы химической кинетики. Учебник для вузов. — М.: Экзамен, 2006. — 416 с.
Химия. Пособие-репетитор для поступающих в вузы. 5-изд. / А. С. Егоров, К. П. Шацкая, Н. М. Иванченко, В. Д. Дионисьев, В. К. Ермакова, Л. В. Котельницкая, И. Е. Слабченко, Р. В. Шевченко, К. Д. Шлюкер; под.
ред. А. С. Егорова. — Ростов н/Д.: Феникс, 2003. — 768 с.
Шульпин Г. Б. Как ускоряют химические реакции // Наука и жизнь. — 1979. — № 7. — С. 137 — 138.
