ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Применение термодинамики при изучении химических реакций из "Введение в технологию полупроводниковых материалов" При создании эпитаксиальных пленок полупроводников, пленок различных диэлектрических веществ, а также во многих технологических операциях используются чисто химические процессы наиболее обычным химическим процессом является химическое травление полупроводниковых материалов. [c.98] При изучении различных процессов, происходящих в объеме и на поверхности кристаллов, широко применяют квазихимиче-скую теорию дефектов, в которой используются основные положения термохимии. [c.98] Поэтому далее изложены основные понятия и определения термохимии — раздела термодинамики, изучающего химические реакции. [c.98] При химических превращениях (реакциях) изменяется внутренняя энергия системы за счет того, что внутренняя энергия продуктов реакции отличается от внутренней энергии исходных веществ. Изменение это происходит путем выделения или поглощения тепла и совершения работы против внешних сил последняя обычно мала, ею можно в большинстве случаев пренебречь. Теплота реакции часто значительна и может быть непосредственно измерена. Согласно первому закону термодинамики тепловой эффект процесса не является функцией состояния и поэтому зависит от пути процесса. [c.98] Однако иногда независимость от пути распространяется и на теплоты процесса. [c.98] В этих двух случаях теплота реакции равна изменению функций состояния, а значит зависит от начального и конечного состояний. На основании изложенного закон Гесса гласит если из данных исходных вешеств можно получить заданные конечные продукты различными путями, то суммарная теплота процесса для одного какого-нибудь пути равна суммарной теплоте процесса для любого другого пути, т. е. не зависит от пути перехода от исходных веществ к конечным продуктам. [c.99] Знание теплот реакций является необходимой предпосылкой для определения констант равновесия реакций и выхода продуктов реакций. Поэтому стехиометрические уравнения реакций дополняются значением соответствующей теплоты реакции. При этом принимаются следующие условия теплота реакции равна разности между внутренними энергиями или энтальпиями продуктов реакции и исходных веществ. Если эта разность положительна (ДЯ 0), то теплота при реакции поглощается из внешней среды и реакция называется эндотермической. Если разность отрицательна (АЯ 0), то система при реакции выделяет тепло и реакция называется экзотермической. [c.99] Закон Гесса позволяет вычислить неизвестную теплоту реакции, комбинируя стехиометрические уравнения и теплоты других ранее изученных реакций. В качестве известных принимают теплоты образования химических соединений. [c.99] Теплотой образования соединения называют количество тепла, выделяемое или поглощаемое системой при образовании (обычно при постоянном давлении) одного моля соединения из соответствующих простых веществ. После экспериментального определения теплот образования одних соединений закон Гесса позволяет рассчитать теплоты образования многих других соединений при условии, что они отнесены к стандартным состояниям давление 1 ат и Г = 298°К (АЯгэь). Стандартные теплоты образования табулированы во многих термохимических справочниках [3]. Для того чтобы вычислить теплоту любой химической реакции, нужно из, суммы теплот образования продуктов реакции вычесть сумму теплот образования исходных веществ. [c.99] — мольные теплоемкости исходных веществ. [c.100] Параллельные реакции. Если вещества могут реагировать двумя или более различными путями, то суммарная скорость исчезновения реагирующих веществ должна складываться из скоростей превращения по отдельным путям. [c.101] Последовательные реакции. Весьма часто исходные вещества образуют непосредственно не конечные продукты, а сначала промежуточные вещества, которые затем реагируют либо друг с другом, либо с исходными веществами, давая конечные продукты. [c.101] Очень большое число химических процессов включают в себя последовательные и параллельные обратимые реакции. Поэтому чрезвычайно сложно установить факторы, определяющие выход процесса. [c.101] Химическое равновесие — динамично и подвижно с изменением внешних условий равновесие сдвигается в ту или другую сторону и возвращается к исходному состоянию, если внешние условия достигают первоначальных значений. Бесконечно малое изменение внешних условий влечет за собой также бесконечно малое изменение состояния равновесия. Следовательно, химические реакции могут протекать как термодинамические равновесные процессы, т. е. к ним можно применять общие условия термодинамического равновесия и с помощью термодинамики описывать химические системы любой сложности, находящиеся в равновесии. [c.101] Отношение изменения массы к стехиометрическому коэффициенту г одинаково для всех участников реакции и может быть записано в виде дифференциала некоторой величины х- Эта величина, называемая химической переменной, показывает массу каждого компонента, вступившую к данному моменту в реакцию и измеренную в эквивалентных единицах, отвечающих уравнению данной реакции (х изменяется от нуля до единицы) . [c.102] Равенство (2.82) выражает условие химического равновесия. [c.102] Закон действия масс. Связь между равновесными концентрациями или парциальными давлениями веществ, участвующих в химической реакции, выражает закон действия масс. Этот закон выводится согласно уравнению (2.82), если химический потенциал выразить как функцию концентраций или парциальных давлений. [c.102] Уравнение (2.86) выражает закон действия масс. Величину Кр, которая зависит только от температуры и не зависит от суммарного давления и парциальных давлений компонентов в исходной смеси, называют константой равновесия. При постоянной температуре 7(р== onst и состояние равновесия не зависит от того, с какой стороны достигнуто равновесие, т. е. от того, протекала ли реакция слева направо или справа налево. [c.103] Общее условие химического равновесия, выраженного уравнением (2.82), сохраняет свое значение и для гетерогенных химических равновесий. [c.104] Когда твердые (а иногда и жидкие) фазы, участвующие в реакции, являются практически чистыми элементами или соединениями, то их активности и химические потенциалы зависят только от температуры. При постоянной температуре проведения процессов их активности постоянны, концентрации равны единице, и их значения могут быть включены в константу равновесия реакции. Поэтому в выражении закона действия масс фигурируют только парциальные давления газообразных компонентов или концентрации растворов, а характеристики конденсированных фаз не входят в явном виде. [c.104] Вернуться к основной статье