反应方向 编辑

反应进行的方向
特别提示:本站内容仅供初步参考,难免存在疏漏、错误等情况,请您核实后再引用。对于用药、诊疗等医学专业内容,建议您直接咨询医生,以免错误用药或延误病情,本站内容不构成对您的任何建议、指导。
化学反应自发性方向(简称为“反应方向”),即在一定条件下,无需借助于外反应自动进行的方向。自然发生的过程都有一定的方向性。例如,总是自动从高处向低处流,而不会自动进行反方向的流动。又如,当两个温度不同的物体互相接触时,热会自动地从温度高的物体传向温度低的物体,直到两个物体的温度相为止。就化学变化来看,如果把片置于稀酸中,锌片会自动溶解并有气生成。这些不需要外力作用,便可自发进行的过程称为自发过程(化学过程称为自发反应

基本信息

编辑

中文名:反应方向

外文名:reaCTiondirECTion

概述:化学反应的自发性方向

定义:反应进行的方向

影响因素:焓变和熵变

定义

编辑

反应方向(reaction direction)是指反应物和生成物均处于标准态时反应进行的方向。

影响因素

编辑

焓变

化学反应中所吸收或放出的能量种形式:热能、光能、声能和电能等。其中所吸收或放出的热称为反应热(或热效应)。众所周知,反应热不仅与反应物的组成、结构、和性质有关,而且与其状态和用量,以及反应条件(如温度和力等)有关,热力学上将反应前后温度和压力都不变的反应称为恒温恒压反应。例如,人体内进行的一系列反应,基本上是恒温恒压反应。恒压反应的反应热在数值上等于反应焓变。

对于反应焓变,可作如下理解:反应的吸热或放热表明,反应物和产物各自有不同的“焓”(H),当反应物的焓比产物的焓高(多)时,由反应物变成产物,就要释放出那多余的部分。则反应焓变(△H)为:

△H=H终态—H始态=H产物—H反应物

若H产物<H反应物,则 △H<0,即为放热反应

若H产物>H反应物,则 △H>0,即为吸热反应

例如,下列两个反应,若进行恒温恒压反应(T=298.15 K,p=101. 325kPa),各自的焓变为(g表示气态)。

N2(g)+8H2(g)→2NH3(g)

△H=―=-92.38kj/mol

N2(g)+2O2(g)→2NO2(g)

△H=―=+67.70kj/mol

反应焓变反应焓变

许多化学反应都是向着能量降低的方向进行。而放热是系统能量降低的一种方式,即放热有利于反应的自发进行。所以起初有人提出用焓变做为判断反应方向的依据,即△H<o的反应能自发进行。然而,冰的溶化,KNO。溶于水都是吸热过程,在常温下却能自发进行。而CaCO3。的分解也是吸热反应,在常温下不能自发进行,而高温时,却能自发进行了。可见只用焓变作为反应自发性的判据是不够的。

熵变

混乱度是指系统内质点混乱的程度,即组成物质质点在指定空间内排列和运动的无序程度。系统的混乱度越高即有序度越差。大量的实验证明,在孤立系统中,自发过程总是混乱度增加的过程。

例如,硝酸盐类的溶解。晶体NH4NO3中正、负离子整齐而有序地排列,到它进入水中时,正、负离子向水中扩散而自由运动,而水分子同时也扩散到正、负离子间,最终成为均匀的溶液。和溶解前相比i溶液的温度降低(吸热过程),同时溶液中粒子运动状态要比溶质和纯溶剂中更为混乱。

理想气体的扩散理想气体的扩散

又如,理想气体的扩散,如图所示。有两个玻璃容器,分别装入不同的理想气体A、B各一种,再由活塞相连接。,当活塞打开后;两容器中的气体A,B就相互扩散,最后成为均匀的混合物。这也是一种自发过程,整个过程中,温度、压力等都没有变化,变化的只是从单纯的气体成为混合气体,即整个体系粒子的运动状态比原来更加混乱。

在上述两个例‘中,第一例的溶解过程,既有能量交换因素(吸热或放热),又有混乱增加的因素。第二例中自发过程是向混乱度增加的方向进行。

总之,可见影响物理、化学过程自发性的因素有两个,一是能量因素,另’一个则是体系的混乱度变化因素。任何自发过程都倾向于:a降低体系的能量;b.增加体系的混乱度。

体系中微观粒子的任何微观性质,都必然表现为体系一定的宏观性质。正如体系中粒子平均动能的总表现为体系的温度一样,体系混乱度的宏观量度称熵,用符号s表示。体系的混乱度小或处在较有秩序的状态,其熵值小;混乱度大或状态较无秩序,对应的熵值就大。

体系的状态一定,其混乱度的大小就一定,相应地,必有一个确定的熵值。因此,熵也是体系的一个状态函数,是反映体系中粒子运动的混乱程度的一个物理量

根据上述熵的物理意义,可得出如下结论:

a.对同一物质而言,气态时的熵值要比液态时大,液态的熵值又大于固‘态,因为从固态到液态再到气态,粒子运动的混乱度依次增加,熵值必然依次增大,即

S>S>S

物质的熵值随温度变化图物质的熵值随温度变化图

b.对同一物质的同一聚集状态而言,温度升高,粒子热运动增加,

体系的混乱度增大,熵值也将增大。如上图所示,即S高温>S低温

c.压力降低时,气体体积增大,粒子在较太的空间运动,

其混乱度必增大,所以低压气体的熵值要比高压气体的大,即

S气压>S高气压

d·不同物质的熵值不同,与其分子的组成和结构有关。一般而言,

分子越大,结构越复杂,其运动情况也越复杂,混乱度就越大,

熵值也越大。

吉布斯能

吉布斯能吉布斯能

虽然熵增有利于反应的自发进行,但是与反应焓变一样,不能仅用熵变作为反应自发性的判据。例如SO2(g)化为SO3(g)的反应在298.15K、标准态下是一个自发反应。但其△rSm<o。又如水转化为冰的过程,其△rSm<0,但在T<278.15K的条件下却是自发过程。这表明过程(或反应)的自发性不仅与焓变和熵变有关,而且还与温度条件有关。

为了确定一个过程(或反应)自发性的判据,美国著名物理化学家吉布斯(J.w.Gibbs)综合考虑了系统的H、S以及温度这三者之间的关系,提出了一个新的状态函数,称为吉布斯自由能,用G表示。G=H-TS

△G

0 自发过程 △G=0 平衡状态

△G=△H-T△S称为吉布斯公式

吉布斯提出:在恒温、恒压条件下,A,G。可作为反应(过程)自发性的判断。即

△G<0, 自发过程

△G=o, 平衡状态

△G>0, 非自发过程

恒温、恒压下,任何自发过程总是朝着吉布斯自由能(G)减小的方向进行。△rGm=0时,反应达平衡,体系的G降低到最小值。此即为著名的最小自由能原理。

上一篇 质子数

下一篇 膜泵