Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Ландау Л.Д. -> "Курс общей физики. Механика и молекулярная физика" -> 95

Курс общей физики. Механика и молекулярная физика - Ландау Л.Д.

Ландау Л.Д., Ахиезер А.И., Лифшиц Е.М. Курс общей физики. Механика и молекулярная физика — МГУ, 1962. — 405 c.
Скачать (прямая ссылка): kursobsheyfiziki1962.djvu
Предыдущая << 1 .. 89 90 91 92 93 94 < 95 > 96 97 98 99 100 101 .. 136 >> Следующая


В химическом уравнении реакции можно условно перенести все члены в одну сторону, например

H2 + I2-2HI =0.

В общем виде всякую реакцию можно записать как

v1A1+ v2A2+ ... = 0,

где A1, A2, ...— химические символы реагирующих веществ, a v1, v2,...— положительные или отрицательные целые числа (так, в написанном примере vH2=vIs=l, vhi==—2). § щ

ЗАКОН ДЕЙСТВУЮЩИХ МАСС

279

Тогда закон действующих масс напишется в виде

PvllPl'... =K(T),

где P1, р2...— парциальные давления различных газов.

Часто бывает более удобным пользоваться не парциальными давлениями, а концентрациями веществ в смеси. Определим концентрацию t'-ro вещества как отношение с,-= = N;/N числа Ni его молекул к полному числу N молекул в смеси (или, что то же самое, отношение числа его молей к полному числу молей). Поскольку полное давление газовой смеси p=NkT/V (где V — объем смеси), а парциальные давления Pi=NjkTlV, то

Pi = CiP-

Подставляя эти выражения в уравнение закона действующих масс, представим последнее в виде

в котором оно связывает между собой равновесные концентрации всех веществ. Стоящая в этом уравнении справа величина тоже называется константой равновесия; теперь, однако, она может зависеть не только от температуры, но и от давления. Зависимость от давления отсутствует, лишь если сумма V1-I-V2+...=)), т. е. если реакция не меняет полного числа молекул (как, например, в реакции Н2+12=2Н1). Для реакции же, например, образования аммиака

N2 + 3H2 = 2NH3

имеем

cN8cHg,. K(T)

При увеличении давления правая часть этого равенства уменьшается, а потому должна уменьшаться и левая часть. Другими словами, уменьшаются равновесные концентрации исходных веществ и увеличивается концентрация аммиака, в соответствии с тем, что мы нашли выше на основании принципа JTe Шателье. Мы видели также, что выход этой реакции должен убывать при повышении температуры. Мы можем теперь сказать, что в этом случае с повышением температуры увеличивается константа равновесия K(T)m 280

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

[ГЛ. XI

По поводу изложенного вывода закона действующих масс необходимо сделать следующее замечание. В наших рассуждениях предполагалось, что ход реакции таков, как это изображается химическим уравнением. В случае реакции образования HI это действительно так, но большинство реакций фактически протекает отнюдь не так, как следовало бы ожидать по их уравнению (образование молекул аммиака, например, не происходит путем столкновения молекулы N2 с тремя молекулами H2). Изображение реакции одним уравнением представляет собой обычно лишь суммарную сводку ряда промежуточных этапов — сводку, в которой приняты во внимание только начальные и конечные вещества (об этом еще будет идти речь дальше в этой главе). Свойства химического равновесия и описывающий их закон действующих масс, однако, не зависят от истинного механизма реакции.

В качестве иллюстрации применения закона действующих масс разберем до конца простой пример реакции диссоциации водорода:

Н2 = 2Н,

и определим достигаемую в равновесии степень диссоциации. Пусть полное число атомов водорода (как в виде Н, так и в виде H2) есть А. Степень диссоциации х можно определить как отношение числа частиц атомарного водорода Nh к полному числу атомов А. Тогда

Na = Axt Nli=^f*, N = NH + NH=^±*.

Выразив через эти величины концентрации Сн и сн, и подставив в уравнение действующих масс, получим

ch1 1 -x2

4х2

рК.

Отсюда

Vl+ 4РК'

чем определяется, в частности, закон зависимости степени диссоциации от давления.

Если в газовой смеси может происходить несколько различных реакций, то закон действующих масс надо применить § 88]

ЗАКОН ДЕЙСТВУЮЩИХ МАСС

281

к каждой реакции в отдельности. Так, в смеси газов H2, O2, СО, CO2, H2O могут происходить реакции

2Н20 = 2Нг + 02, 2С0 -и O2 = 2СОг. Для них имеем

Рн2о к Pco Po2 v

A1, •—-—' = Kv

Ph2 Po2 ~ Pcos

и состояние химического равновесия определяется совместным решением этих двух уравнений. Заметим, что в данной смеси могут происходить и другие реакции, например

H2O+ CO = CO2+ H2;

эту реакцию, однако, можно не рассматривать, так как она сводится к сумме двух написанных выше реакций и закон действующих масс для нее дал бы уравнение, являющееся просто произведением двух написанных уравнений.

Рассмотрим теперь реакцию, в которой участвует, кроме газов, еще и твердое тело. Реакция между твердым телом и молекулой газа может произойти при столкновении последней с поверхностью тела. Рассмотрим реакцию, происходящую на 1 см1 поверхности. Число столкновений молекул газа с этой поверхностью зависит, очевидно, только от плотности газа, но не от количества твердого тела. Соответственно этому и скорость реакции, отнесенная к 1 см2 поверхности тела, будет пропорциональна только парциальным давлениям газов и не зависит от количества твердого вещества. Отсюда ясно, что закон действующих масс справедлив и для реакций с участием твердых тел, с тем отличием, что в его уравнении надо писать только концентрации газов, совершенно не учитывая количества твердых веществ. Свойства последних сказываются только на температурной зависимости константы равновесия.
Предыдущая << 1 .. 89 90 91 92 93 94 < 95 > 96 97 98 99 100 101 .. 136 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed