Otwórz menu główne

Reakcja samorzutnareakcja chemiczna zachodząca bez dostarczania energii z zewnątrz, zmierzająca do stanu równowagi chemicznej; jest jednym z rodzajów procesów samorzutnych, zachodzących w kierunku stanu równowagi termodynamicznej. Określanie kierunku reakcji samorzutnych umożliwia statyka chemiczna – dział termodynamiki chemicznej[1][2][3][4][5].

Spis treści

Podstawy statyki chemicznejEdytuj

Reakcje chemiczne, opisywane równaniami typu:

mA + nB ⇌ pC + qD

zachodzą samorzutnie – bez dostarczania energii z zewnątrz – jeżeli zbliża to układ do stanu najbardziej korzystnego energetycznie (z punktu widzenia tego układu). Jest to stan równowagi chemicznej. W tym stanie stosunek stężeń molowych reagentów w roztworze lub ciśnień cząstkowych reagentów gazowych ma w ustalonych warunkach stałą wartość (zob. prawo działania mas Guldberga i Waagego z 1864 roku):

 

gdzie:

 stała równowagi,
symbole w nawiasach kwadratowych – wartości stężeń odpowiednich reagentów (A, B, C, D),
 współczynniki stechiometryczne.

W formie bardziej ogólnej termodynamiczną stałą równowagi chemicznej wyraża się jako:

 

gdzie:

Π – symbol iloczynu,
  – współczynniki stechiometryczne substratów i produktów reakcji,
 aktywność stężeniowa reagenta  

Utrzymywanie się stałej wartości   wynika z ogólnych warunków równowagi termodynamicznej.

Reakcje izobaryczno-izotermiczneEdytuj

W przypadkach, gdy ciśnienie i temperatura są niezmienne   wszystkie układy zmierzają samorzutnie do stanu, w którym entalpia swobodna (g):

 

i warunek samorzutnego przebiegu wszystkich procesów (w tym reakcji chemicznych) zapisuje się jako:

 

W przypadku samorzutnych reakcji chemicznych maleje wartość   czyli entalpia swobodna reakcji, odnosząca się do liczby postępu reakcji   (w stanie równowagi  ). Warunkiem samorzutnego przebiegu reakcji izobaryczno-izotermicznej jest więc:

 

Zmianę   określa się na podstawie definicji potencjałów chemicznych   i pierwszej zasady termodynamiki:

 
 
 

Równanie nosi nazwę izotermy reakcji (izotermy van 't Hoffa)[6].

W stanie równowagi:

 
 
 

Reakcje izochoryczno-izotermiczneEdytuj

Reakcja przebiegająca w stałej temperaturze i objętości (izochoryczno-izotermiczna;   = const), samorzutna, jeżeli zmniejsza się wartość   czyli energia swobodna Helmholtza (odnosząca się do liczby postępu reakcji  ). W stanie równowagi osiągana jest wartość zero[6]:

 

Izoterma van 't Hoffa ma wówczas postać:

 

Analogicznie jak w przypadku poprzednim (dla  ) stwierdza się, że reakcja samorzutna ustaje, gdy:

 
 
 

PrzypisyEdytuj

  1. Józef Szarawara: Termodynamika chemiczna. Warszawa: WNT, 1969, s. 21–25.
  2. Stanisław Bursa: Chemia fizyczna. Wyd. Wyd. 2 popr. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1979, s. 612–617. ISBN 83-01-00152-6.
  3. Kazimierz Gumiński: Elementy chemii teoretycznej. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1964, s. 459–606.
  4. praca zbiorowa: Encyklopedia techniki – Chemia. Wyd. 4. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1993, s. 620. ISBN 83-204-1312-5.
  5. Leksykon naukowo-techniczny z suplementem. T. P-Ż. Warszawa: WNT, 1989, s. 805–806. ISBN 83-204-0969-1.
  6. a b op. cit. S. Bursa: Chemia fizyczna. s. 454–493.