Зависимость константы равновесия от температуры

Цель исследования состоит в изучении зависимости константы равновесия от температуры.

Данное неравенство соответствует неравенству Клаузиуса, выраженному через термические параметры окружающей среды. Любой из возможных процессов изменения состояния системы должен удовлетворять неравенству Гиббса, которое выражает ключевые (первое и второе) начала термодинамики. Основываясь на неравенстве Гиббса, можно определить, возможно ли в рассматриваемой системе предполагаемое изменение ее состояния [2, с. 91].
Вообразим какое-либо из изменений состояний системы, которое не сопровождается совершением полезной внешней работы. Такое воображаемое изменение состояния называется виртуальным и обозначается буквой δ. Если неравенство Гиббса при этом выполняется, то такое изменение возможно. Напротив, если виртуальное изменение состояния системы приводит к нарушению неравенства Гиббса, то такое изменение невозможно. Если любое из виртуальных изменений состояний системы приводит к нарушению неравенства Гиббса, то ни одно из изменений состояния не может осуществиться, и, таким образом, система пребывает в состоянии равновесия.
Следовательно, условие равновесия системы следующее: система находится в состоянии термодинамического равновесия, когда при любом из виртуальных изменений ее состояния неравенство Гиббса не удовлетворяется, то есть если

В процессе исследования были определены условия устойчивости термодинамического равновесия, рассмотрен принцип Ле Шателье-Брауна; определена зависимость константы равновесия от температуры; определено одновременное влияние температуры и давления на равновесие; определены, опираясь на экспериментальные методы, стандартные свободные энергии реакций.
Было выяснено, что согласно второму началу термодинамики самопроизвольный процесс сопровождается уменьшением свободной энергии системы и заканчивается установлением равновесного состояния. Данное состояние применительно к химической реакции характеризуется химическим равновесием. Равновесным состоянием является такое состояние термодинамической системы, при котором она во времени не подвержена изменениям. Равновесное состояние, когда ∆ G = 0 или ∆ А = 0, система способна достигать не только в результате самопроизвольного процесса, но также и в результате несамопроизвольного процесса.
Химическое равновесие выражается численно константами равновесия, постоянными для этой температуры величинами. Константа равновесия является той величиной, которая позволяет количественно выразить химическое равновесие и условия, которые определяют выход продуктов реакции. Значения констант равновесия способны колебаться в широких пределах. Несмотря на то, что константы различаются в разных типах химических реакций, суть у них является одной: количественное определение условий равновесия в обратимых процессах. Константы равновесия способны определять условия равновесия, когда концентрации (парциальные давления) являются равновесными. В любой химической реакции осуществляется изменение состава системы, который определяется давлением, температурой или концентрацией компонентов.Константы равновесия являются постоянными величинами при данной температуре. С изменением температуры изменяется и константа равновесия, причем довольно значительно. Одновременно с изменением константы равновесия изменяется и химическое сродство.
Было определено, что повышение температуры экзотермических реакций способствует увеличению количества исходных веществ, а то же время рост температуры эндотермических реакций приводит к обогащению продуктами реакции в сравнении с равновесным состоянием до изменения температуры.
Таким образом, в соответствии с принципом Ле Шателье-Брауна, увеличение концентрации приводит к тому, что смещается равновесие в сторону увеличения расходов тех компонентов, концентрация которых увеличивается. Смещение равновесия при изменении давления для реакции, когда вещества находятся в газообразном состоянии, зависит от изменения числа молей в ходе реакции. Рост давления способствует тому, что смещается равновесие в сторону меньшего числа молей – в сторону обратной реакции.
Таким образом, в соответствии с принципом Ле Шателье-Брауна с увеличением давления равновесие будет смещаться в сторону меньшего количества (парциального давления) вещества, тем самым давление извне будет существенно ослабляться.