Файл: Болдырев, А. И. Физическая и коллоидная химия учеб. пособие.pdf

Если AZ реакции имеет отрицательное значение, то реакция идет

свыделением энергии. В этом случае она протекает самопроизвольно

вданном направлении.

Рассмотрим в качестве примера реакцию получения кристалли­ ческого сульфата алюминия из А120 3и газообразной трехокиси серы при 25° С (все в стандартных состояниях):

А120з + 3S0.4 •— А(SO^12 j, AZjgg = х .

Данная реакция идет самопроизвольно, так как AZ29s этой реак­ ции имеет отрицательное значение.

Таким образом, зная AZ29s для всех веществ, участвующих в ре­ акции, можно рассчитать AZ298 и самой реакции, а следовательно, и направление этой реакции.

Изобарный потенциал реакции можно определить также через эн­ тропию системы. Этот расчет основан на определении теплоемкости при разных температурах. Количество теплоты, которое поглощается тзлом, равняется, как известно, произведению его теплоемкости на повышение температуры, т. е.

где Ср—теплоемкость при постоянном давлении. Подставляя выра­ жение dQ в уравнение (11,29), получим:

Интегрируя dS в пределах температур от нуля до Т, имеем:

т

где S0 — энтропия при абсолютном нуле.

Согласно третьему началу термодинамики энтропия при абсолют­

система совершает максимальную работу, т. е. в направлении макси­ мальной убыли свободной энергии. Сопоставляя оба эти положения,

можно сделать следующий вывод: максимальная работа, совершаемая химической системой и равная убыли ее свободной энергии, является мерой химического сродства.

Этот принцип можно записать в виде уравнения:

в механических или тепловых единицах, Лтах — работа процесса.

служит наглядным примером большого химического сродства между Na

Принимая во внимание второе начало термодинамики, можно по­ казать, что максимальная работа Атях любой химической реакции всегда одна и та же, каким бы путем эта реакция ни протекала, лишь бы процесс был изотермический и обратимый. Иными словами, Лшах для каждого химического процесса зависит только от конечного и на­ чального состояния системы. Если бы при переходе какой-либо системы из одного состояния в другое можно было при одном обратимом про­ цессе совершать большую работу, чем при другом, тоже обратимом, то за счет этого удалось бы реализовать идею вечного двигателя (регреtuum mobile) второго рода, что невозможно.

Зная максимальную работу процесса, можно определить направ­ ление течения той или иной химической реакции. Так, если Лгаах боль­ ше нуля, т. е. если сродство положительно, то реакция пойдет в прямом направлении, если Лтах = 0, то система будет находиться в состоя­ нии равновесия, если же Лшах меньше нуля, реакция пойдет в обрат­ ном направлении.

4*

Г л а в а III

УЧЕНИЕ О РАСТВОРАХ

§ 30. Растворы — физико-химические системы. Концентрация растворов

Растворами называют состоящие из двух или нескольких ве­ ществ гомогенные системы, состав которых может изменяться в до­ вольно широких пределах. Свойства растворов (плотность, темпера­ тура кипения, температура замерзания, вязкость и др.), как правило, изменяются постоянно, плавно.

Растворы сходны как с механическими смесями частиц, так и с индивидуальными химическими соединениями. От первых они отли­ чаются тем, что любой макроскопический объем раствора обладает таким же химическим составом и физическими свойствами, как и вся его масса. чОт химических соединений растворы отличаются тем, что их состав ^ожет изменяться в зависимости от количеств взятых компо­ нентов и они не подчиняются закону кратных отношений. Так, состав водного раствора хлорида натрия может произвольно меняться в пре­ делах, допустимых его растворимостью. В 100 г воды при 20° С можно растворить любое количество NaCl в пределах от 0 до 36,8 г, что соот­ ветствует предельной растворимости соли при данной температуре. Растворы отличаются от химических соединений также и природой связи. Если для химических соединений характерны в основном ион­ ная и ковалентная связи, то для растворов характерны более слабые ван-дер-ваальсовы, а в некоторых случаях и водородные связи.

В отличие от простого смешивания, при растворении веществ про­ исходит определенное взаимодействие между частицами, образующими раствор. Вещество, которое при растворении не меняет своего агрегат­ ного состояния или же входит в состав раствора в преобладающем количестве, обычно называют растворителем. Необходимо отметить, что понятия «растворитель» и «растворенное вещество» имеют смысл лишь в том случае, когда концентрация растворенного вещества в раст­ ворителе не велика. Если взять раствор, содержащий 50% спирта и 50% воды, то его в одинаковой мере можно рассматривать как раствор спирта в воде и воды в спирте. В подобных случаях удобнее говорить о компонентах раствора.

По агрегатному состоянию растворы делят на три группы: 1) раст­ воры газов в газах (газовые смеси); 2) жидкие растворы; 3) твердые растворы (изучаются с фазовыми равновесиями).

Примерами твердых растворов являются сплавы различных метал­ лов, а газообразных — воздух.

В данном разделе физической химии будут рассматриваться только жидкие растворы.

Жидкие растворы в свою очередь подразделяются на: растворы газов в жидкостях; растворы жидкостей в жидкостях; растворы твер­ дых тел в жидкостях.

— ш о —