хімічна рівновага

1. Національний фармацевтичний університет
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Тема лекції:
“Термодинаміка хімічної рівноваги”
Лектор - к. хім. н., доц.
Томаровська Тетяна Олександрівна

2. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ПЛАН ЛЕКЦІЇ:
1. Ознаки стану рівноваги.
2. Закон діючих мас. Константи рівноваги.
3. Зв’язок між константами рівноваги Кс і Кх.
4. Рівняння ізотерми хімічної реакції.
5. Залежність константи рівноваги від температури.
6. Залежність константи рівноваги від тиску.
7. Значення хімічної термодинаміки для фармації.

3. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ЛІТЕРАТУРА:
1. Фізична і колоїдна хімія / В. І. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д.
Грицан та ін. – Х. : Прапор, Видавництво УкрФА, 1999. – 368 с.
2. Фізична та колоїдна хімія. Збірник задач / В. І. Кабачний,
Л. К. Осіпенко, Л. Д. Грицан та ін. – Х. : Вид-во НФАУ; Вид-во
ТОВ “Золоті сторінки”, 2001. – 208 с.
3. Фізична та колоїдна хімія: Збірник завдань для самостійної
роботи: Навч. посібник для студентів заочної (дистанційної)
форми навчання фармацевтичних вузів і факультетів III—IV
рівнів акредитації / В. I. Кабачний, Л. К. Осіпенко, Л. Д.
Грицан та ін. За ред. В. I. Кабачного. – Х. : Вид-во НФаУ, 2008.
– 140 с.

4. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Більшість хімічних реакцій є оборотними.
У стані хімічної рівноваги uпр = uзвор
Ознаки рівноваги:
 динамічність
 рухливість

5. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Термодинамічні ознаки
рівноваги:
 незалежність стану рівноваги від того, з
якого боку він досягнутий;
 мінімальний запас енергії у стані
рівноваги і максимальне значення
ентропії.

6. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ЗАКОН ДІЮЧИХ МАС.
КОНСТАНТА РІВНОВАГИ

7. Розглянемо оборотну реакцію, яка
перебігає у газовій фазі:
А1+n2А2 n3
n1
А3+n4
А4
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

8. u1 = u2
1 1 1 2 υ = k × pn × pn
1 2
2 2 3 4 υ = k × pn × pn
k1 і k2 – константи швидкості реакцій
k pn pn k pn pn × × = × ×
1 2 3 4
1 1 2 2 3 4
p Ê
k p n 3 ×
p
n
4
= 3 4
=
p p
k
×
1 2
1 2
1
2
n n
3 4
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

9. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ЗВ’ЯЗОК МІЖ
КОНСТАНТАМИ
РІВНОВАГИ Кc І Кx

10. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Концентрації реагучих речовин виражають:
в молях на одиницю об’єму (сi) (моль/дм3):
Ê = ñ ×
ñ ñ ×
n n
ñ ñ
в молярних частках (xi):
;
3 4
3 4
n n
1 2
1 2
.
Ê = õ ×
õ õ ×
n n
õ õ
3 4
3 4
n n
1 2
1 2

11. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
pi = niRT/V = ciR T
( ) ,
Ê ñ ñ p ×
n 3 n
4
= × Δn =n +n -n -n
3 4 1 2 3 4 Dn
n n
1 2
1 2
RT
ñ ñ
К = К (RT)Dn p c

12. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
i çàã ³ p = p × õ
де p– загальний тиск і p= cRT.
заг i ic RT
Звідси:
х
i =
i p
заг
Підставимо значення xу рівняння для K:
i xDn
K = c ×
c
n n
3 4
3 4
n n
ö
÷ ÷ø
æ
ç çè
×
RT
çàã
x c 1 c
2
p
1 2
Dn
ö
÷ ÷ø
æ
K K RT
ç çè
= ×
çàã
x c p

13. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
РІВНЯННЯ ІЗОТЕРМИ
ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ

14. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
За рівнянням ізотерми хімічної реакції
можна визначити напрямок перебігу
самодовільних процесів
ΔG R T ln p p ln
R T Ê p
= × n n
n n
3 4
3 4 -
×
p p
1 2
1 2

15. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ö
n n
p p n n p
× K G
p p
3
4
3 4
<
÷ Þ < ÷ø
ln ln Δ 0 2
2
1
1
æ
ç çè
×
реакція перебігає самодовільно в прямому напрямку
p p n n p
n 3 × n
4
K G
p p
ö
÷ ÷ø
3 4 >
Þ > ln ln Δ 0
×
1 2
1 2
æ
ç çè
– у зворотному напрямку
ö
×
n n
3 4 K Þ G
÷ ÷ø
= p p
3 4
=
p ln ln Δ 0
p ×
p
n n
1 2
1 2
æ
ç çè
– система у стані рівноваги.

16. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
За допомогою рівняння ізотерми можна
визначити хімічну спорідненість різних
речовин, тобто характеризувати їх
здатність вступати у хімічну взаємодію.

17. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Стандартна хімічна спорідненість
– була введена для співставлення реакційних
здатностей різноманітних хімічних систем, які
відрізняються за хімічною природою, і
характеризує реакційну здатність хімічної
системи за стандартних умов.

18. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Для ідеальних газів стандартом є рівність
одиниці початкових парціальних тисків, тоді:
G RT ln K p D 0 = -
де DG0 – стандартна зміна енергії Гіббса.

19. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
При використанні СІ початкові парціальні тиски
дорівнюють 1,013·105 Па (1 атм = 1,013·105 Па).
Тоді:
DG0 = -RT ln K + RT ln (1,013×105 )Dn p
G RT K T p Δ 0 = - ln +95,828Δn
Dn – зміна кількості газоподібних речовин у
результаті перебігу реакції
(95,828 = 8,314×ln 1,01325×105)

20. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Для хімічної реакції
= å å 0
Δ 0 – i f ïðîä i f âèõ G n G n G
( )
0
( )
Gf
0 – стандартна енергія Гіббса утворення; зміна енергії Гіббса
при утворенні 1 моль речовини за стандартних умов.

21. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ЗАЛЕЖНІСТЬ
КОНСТАНТИ РІВНОВАГИ
ВІД ТЕМПЕРАТУРИ

22. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Відповідно до умов проведення
процесу залежність константи
рівноваги від температури можна
розрахувати за рівняннями:
 ізобари хімічної реакції
 ізохори хімічної реакції

23. 0
2
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
d K p D =
H
d ln
Кc =
D U
R T
d T
2
ln
RT
dT

24. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
 Для екзотермічної реакції (DНr < 0)
підвищення температури зменшує
константу рівноваги (невигідне)
 Для ендотермічної (DНr > 0) підвищення
температури збільшує константу рівноваги
(вміст продуктів у суміші збільшується)
Підвищення температури зсуває рівновагу
у бік ендотермічної реакції

25. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
При інтегруванні одержуємо рівняння
ізобари:
ln Δ .
Ê H p = - +
0
const
R T
lnKp
tg a = –ΔН/R
a
0 1/T

26. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Інтегруючи в інтервалі від T1 до T2:
ö
÷ ÷ø
æ
H
Ê
Δ 0 1 1 ln
ç çè
= -
1 2
2
1
R T T
Ê
p
p

27. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ЗАЛЕЖНІСТЬ КОНСТАНТИ
РІВНОВАГИ ВІД ТИСКУ

28. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Константи Кр і Кс не залежать від
тиску, а Кх – залежить.
= × ( )-Dn x p çàã Ê Ê p
Логарифмуємо:
x p çàã ln Ê = ln Ê - Δn ln p
Диференціюємо:
Ê n
¶
¶ ln = - Δ ÷ ÷ø
x
p p
T çàã
ö
æ
ç çè

29. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
 Для реакції, яка перебігає зі збільшенням кількості
молів (Dn > 0), підвищення тиску зменшує
константу рівноваги.
 Для реакції, у якій кількість молів зменшується,
підвищення тиску призводить до збільшення
константи рівноваги – вихід продуктів зростає.
 Якщо кількість молів не змінюється (Dn = 0), то
константа рівноваги не залежить від тиску, тобто
тиск не впливає на склад рівноважної суміші.

30. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ЗНАЧЕННЯ ХІМІЧНОЇ
ТЕРМОДИНАМІКИ
ДЛЯ ФАРМАЦІЇ

31. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ЗАКОНИ ТЕРМОХІМІЇ
Використовують при:
 дослідженні енергетичних змін, які
відбуваються в організмі під дією різних
лікарських речовин;
 моделюванні фізіологічних процесів при
температурі, яка відрізняється від
температури організму людини;
 перерахунку термодинамічних величин
відносно реальних умов.

32. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ІІ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ
Дозволяє
 передбачити напрямок перебігу реакцій в
організмі за участю лікарської речовини.
Лежить в основі таких явищ, як:
 адсорбція
 екстракція
 змочування
важливих для життєдіяльності організму
людини.

33. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ТЕОРІЯ ХІМІЧНОЇ РІВНОВАГИ
Дозволяє:
 прогнозувати шляхи максимального
виходу синтезованих лікарських
препаратів.

34. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Дякую за увагу!