ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Химическое сродство из "Курс неорганической химии" Чтобы сделать заключение относительно стабильности соединения и условиях его получения, большей частью не требуется знать природу сил связи. Для этого достаточно знать величины сродства рассматриваемых реакций. Сродство можно определить различными методами, которые базируются на измерениях величин, доступных непосредственному наблюдению, определение которых не требует подробного знания сил связи. [c.147] Под сродством химичёской реакции со времен Вант-Гоффа (1883) понимают максимальную работу (точнее, максимальную полезную работу), которую можно получить при превращениях единицы массы вещества. За единицу массы при этом принимают моль. Обычно сродство реакции относят к числу молей, которое вступает в рассматриваемую реакцию. Сродство имеет размерность работа/количество вещества. Его величину обычно выражают в калориях. [c.147] Понятие химического сродства было введено в качестве меры стремления веществ соединяться одно с другим. Говорить о таком стремлении имеет смысл только в том случае, если рассматриваемые вещества реагируют самостоятельно, т. е. без внешнего воздействия (без подвода энергии) . Логично оценивать это стремление по тому, насколько велики силы противодействия, которые потребовались бы, чтобы не дать возможность веществам образовать соединение. При обратимом процессе силы противодействия в каждый момент равны силам, дехгетвующим в рассматриваемой системе. Таким образом, работа, которая может совершиться, если реакция протекает обратимо, т. е. максимальная работа оказывается мерой сродства реакции. Так как в большинстве случаев имеют дело с реакциями, которые протекают нри постоянном давлении (обычно атмосферном давлении), то целесообразно применять в качестве меры стремления веществ к образованию соединения не всю внешнюю работу, а только ту ее часть, которая была определена как шолезная работав). [c.148] Работа образования и сродство образования . Максимальную полезную работу, которую можно получить при образовании соединения из его составных частей, называют работой образования или свободной энергией образования Р данного соединения. Этой величине придают отрицательный знак, если работа совершается процессом , т. е. если сродство процесса положительно. Работа образования (свободная энергия образования) и сродство равны одно другому с противоположными знаками, если они отнесены к равному количеству вещества. Так как сродство чаще всего относят к таким количествам веществ, которые входят в уравнение реакции (в обычной формулировке), сродство, отнесенное к единице массы вещества (моль), образовавшегося при реакции, называют обычно особым образом его обозначают как сродство образования данного вещества. Сродство образования обозначается в дальнейц[ем всегда знаком сродства Л/, снабженным в качестве индекса формулой образовавшегося вещества. [c.148] Если речь идет просто о сродстве, т. е. если специально не учитывают зависимость сродства от отношения концентраций участвующих в реакции веществ, то под этим понимают сродство, которым обладает реакция, если все молярные концентрации (или в случае газов давление) участвующих в реакции веществ равны единице (так называемое нормальное сродство , ср. стр. 151). [c.148] При Af W энтропия системы возрастает, т. е. система, если реакция протекает изотермически, получает тепло из окружающего пространства. Оно не может превратиться в работу без понижения температуры окружающего пространства. В случае обратимого процесса тепло снова уходит в окружающее пространство, если реакцию заставить протекать в обратном направлении. [c.149] При Af а W энтропия системы ионигкается, т. е. если процесс протекает изотермически, то тепло уходит в окружающее пространство. Равным образом без понижения температуры тепло не может превратиться в работу. Например, при 18° сродство образования воды на 11,7 ккал/моль меньше, чем теплота образования воды (см. стр. 150). Если 18 г гремучего газа при 18° дать обратимо превратиться в воду (это можно приближенно осуществить, если процесс проводить в гальваническом элементе из водородного и кислородного электродов), то в качестве энергии, производящей работу, можно использовать лишь величину Af o 56,7 ккал (в нашем примере в качестве электрической энергии), хотя теплота образования составляет Wn o = 68,4 ккал. Разница отдается в виде тепла в окружающее пространство. Энтропия воды, следовательно, при данной температуре Т = 291° К) на 11,7/291 = 0,039 ккал меньше, чем энтропия гремучего газа. Для разложения 18 г воды, наоборот, нужно использовать только такое количество электроэнергии, которое соответствует 56,7 ккал. Разница в количестве 11,7 ккал получается из окружающего пространства, если процесс идет изотермически и обратимо (ср. стр. 150 и сл.). [c.149] Превращение, протекающее в гальваническом элементе, производит электрическую энергию, величина которой дается произведением напряжения на клеммах и количеством электричества, перешедшего от одного полюса к другому. Максимальная работа совершается в том случае, если при превращении электричества в тепло не происходит потерь энергии. В соответствии с этим напряжение на клеммах достигает наивысшего значения, если прохождению тока препятствует точно компенсирующая напрян ение противодействующая сила, следовательно, для элемента в обесточенном состоянии. [c.149] Так как издшнение энергии при переходе системы из одного состояния в другое не зависит от пути перехода, то, следовательно, и максимальная работа, которую можно получить в результате превращения, происходящего в гальваническом элементе, остается той жо, если превращение идет иначе, предполагая только, что процесс протекает изотермически и обратимо. Поэтому сродство, рассчитанное из электродвижущей силы по уравнению (3), относится к определенной реакции как таковой, а не связано с процессом, использованным для ее расчета. [c.150] Если растворы данных ионов 1 М , то электродвижущая сила (которая, конечно, может быть непосредственно измерена) получается из данных табл. 4, стр. 48, Е = 0,35 - --Ь 0,76 = 1,11 в (при 18°). Так как изменение заряда ионов составляет 2 Ъп = 2п - -+ 2е Си 4- 2е = Си), то сродство реакции рассчитывается по уравнению Л/ = 2-96493-1,11 = 214214 дж, или 51200 ал. Как было найдено, тенло, выделяющееся при реакции (4), составляет 50110 ал. Следовательно, темлогоа реакг ми в этом случае немного меньше, чем сродство . [c.150] Это значение относится к образованию жидкох воды из газов при атмосферном давлении. Теплота образования 2 молей НгОдаидд при 18° составляет 136 740 кал. В этом случае теплота образования заметно больше, чем сродство образования. Из 1 г гремучего газа можно, таким образом, путем соединения составных частей получить значительно больше энергии в форме тепла, чем требуется затратить ее для разложения 1 г воды в форме электроэнергии. При разложении воды эта разность, составляющая 17% от теплоты образования, отбирается от окружающего пространства в форме тепла . [c.150] Для реакции, которая протекает по уравнению аА + 6В +. . . = тМ + пК +. . [c.151] Из уравнения (5) видно, что система, находящаяся в химическом равновесии, обладает сродством реакции, равным нулю. Это следует такн е непосредственно из определения сродства, так как система, находящаяся в химическом равновесии, не меняет самопроизвольно своего состояния, а следовательно, не может совершать никакой работы. [c.151] Работу, эквивалентную этому количеству тепла, можно получить при превращении 1 моля 1г и 1 моля Нг с концентрацией 1 АГ в два моля Н1 с той же концентрацией и тем-но атурой. Если исходить из смеси, в которой концентрация На в 10 раз превышает концентрацию 1г перед началом реакции и концентрацию Н1 после реакции, то уравнение (5) даст существенно большее значение сродства, соответствующего образованию 2Н1. [c.151] В выбранном примере сродство реакции значительно больше, чем ее тепловой эффект, который в случае образования 2 молей Н1 из газообразных продуктов нри 441° составляет около 2800 кал. [c.151] Константу С этого уравнения можно определить, если вместо Т подставить температуру превращения Го, так как тогда Л/ = 0. [c.152] АСр в уравнении (6) означает возрастание молярной теплоемкости соответственно атомной теплоемкости системы при переходе из состояния 1 в состояние 2. [c.152] Для сродства превращения моноклинной серы в ромбическую при 25° (Г = 298) ВТО уравнение дает значение Af = +17,6 кал на 1 г-атом 8. Положительное значение сродства свидетельствует, что превращение происходит само собой, что также легко можно наблюдать непосредственно. Следовательно, при обычной температуре стабильна ромбическая модификация серы, выше 95°, наоборот, — моноклинная. Например, для 100° (Г = = 373°) уравнение (9) дает значение = —1,2 кал следовательно, в этом случае положительным сродством обладает превращение, идущее в обратном направлении. [c.152] Вернуться к основной статье