ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Закон действующих масс из "Физико-химические основы горения и газификации топлива" При изучении многих химических реакций можно обнаружить, что эти реакции не протекают до конца, т. е. до практически полного исчезновения исходных веществ. Оказывается, что наряду с течением прямой реакции, т. е. с химическим реагированием исходных веществ, взаимодействуют и конечные продукты реакции (обратная реакция). [c.18] Реакции, протекающие в прямом и обратном направлениях, называются обратимыми. [c.18] Под концентрацией понимают количество вещества в единице объема. В данном примере она означает количество грамммолекул вещества в одном литре объема. [c.18] В обратимой реакции независимо от того, насколько будет увеличена концентрация реагента, будет существовать определенное соотношение между концентрацией реагентов и продуктов реакции. [c.19] С помощью законов химического равновесия можно определить теоретические выходы реакций [8]. Состояние равновесия определяют значениями концентраций, температур и давлений. Направление изменений в системе, вызываемое указанными условиями, в общей форме определяют по принципу Ле-Шаталье, согласно которому в физико-химической системе, выведенной из состояния равновесия, происходят изменения, направленные к ослаблению воздействий, выводящих систему из равновесия. Например, если прямая реакция идет с выделением тепла, то при нагревании равновесие сместится в сторону обратной реакции или, если прямая реакция идет с увеличением объема, то при повышении давления равновесие сместится в сторону обратной реакции, идущей с уменьшением объема. [c.19] Впервые термодинамический вывод закона действующих масс для газообразных и растворимых веществ был дан Вант-Гоффом в 1885 г. при изучении протекания реакции в сосуде, получившем название ящика Вант-Гоффа. Ящик Вант-Гоффа можно представить себе как непроницаемый сосуд, в котором содержится равновесная смесь газов. В этот ящик бесконечно малыми объемами вводятся газовые реагенты из него также отводятся продукты реакций с помощью цилиндров, снабженных непроницаемыми поршнями и сообщающихся с ящиком полунепроницаемыми перепонками, как показано на рис. (Н-1). [c.19] В ящике помещена равновесная смесь с равновесными концентрациями % Сд и р, причем исходные концентрации больше равновесных. Пар выводится с такой же скоростью, с какой он образуется. Тогда состав и количество равновесной смеси в ящике остается постоянным. Не описывая деталей [6], укажем, что ящик Вант-Гоффа позволяет выполнить превращение изотермически и обратимо. [c.20] А = ЯТ пК, — ЯТ 2 ) пС, где V — стехиометрический коэффициент. [c.20] Уравнение (П-4) показывает ту максимальную работ % которую может дать химическая реакция, протекающая обратимо и изотермически при заданных исходных концентрациях веществ, участвующих в реакции. Это уравнение называется уравнением изотермы химической реакции. [c.21] Максимальную работу дают обратимые процессы, так как они имеют наибольший коэффициент полезного действия [9]. [c.21] Если система далека от равновесного состояния, то она способна произвести работу тем большую, чем дальше находится система от состояния равновесия. При низких температурах соединение смеси водорода с кислородом сопровождается взрывом. При очень высоких температурах эта же смесь химически не реагирует. Известно такое состояние кислорода и водорода, когда они могут существовать, совсем не соединяясь, например, в солнечной атмосфере. Следовательно, расстоянием системы от равновесного состояния определяется энергия химической реакции, так сказать, сродство веществ, реагирующих друг с другом. Максимальная работа будет больше, когда система находится далеко от состояния равновесия, но по мере приближения системы к равновесному состоянию она уменьшается, наконец обращается в нуль, когда система находится в равновесном состоянии (Л , = 0). [c.21] Константа равновесия К ) является в общем случае функцией температуры и постоянна при постоянной температуре. Кроме объемно-молярных концентраций константу равновесия можно выразить также через парциальные давления или через молярные доли (объемные проценты). [c.22] Можно записать для изотермического расширения 1 моля газа. [c.22] Если известна константа равновесия К1 при температуре и О, то можно по уравнению (II-16) определить для константу равновесия К . [c.25] Константа интегрирования определяется опытным путем. В уравнении (П-17) степенной ряд можно оборвать на члене, имеющем Т . [c.26] Многочисленным исследованиям были подвергнуты реакции горения и газификации с целью определения их констант химического равновесия. В табл. П-1 приведены уравнения констант равновесия, встречающихся при процессах горения и газификации [10]. [c.26] Значение lg /С для некоторых температур указаны в табл. И-2. [c.26] Реакции 1—4 имеют высокие Значения констант равновесия и при указанных температурах идут практически до конца с большими скоростями. При температуре 500° К реакция 5 протекает преимущественно в обратном направлении (на что указывает знак минус). Это также относится к реакциям 6—8. [c.26] Вычисленный по данному уравнению равновесный состав смеси дан в табл. П-З. [c.26] Вернуться к основной статье