Термодинаміка і теплові процеси зварювання

 - константа температури t + 10 oС.

 - температурний коефіцієнт швидкості реакції.

Після логарифмування отримаємо

Знаючи константу швидкості за температури t, можна знайти константу швидкості за температури t2.

Більш точно вплив температури на швидкість реакцій описує рівняння Арреніуса.

Залежність константи швидкості реакції від температури виражається рівнянням Арреніуса:

Постійні цього рівняння можуть бути знайдені, якщо відомі константи швидкості   і   за двох температур

Віднімімо перше рівняння від другого

З цього рівняння знаходимо А

Рівняння Арреніуса може бути записано:

При зростанні температури збільшується число молекул, які під час зіткнення здатні прореагувати між собою.

 

 

Розрізняють реакції оборотні і необоротні. Оборотна хімічна реакція закінчується настанням рівноваги. У цих реакціях швидкість прямої реакції співставна з швидкістю оберненої реакції.

Такі реакції записуються в загальному вигляді рівнянням:

 ↔ 

А в тому випадку, коли швидкість оберненої реакції дуже мала у порівнянні зі швидкістю прямої реакції, то реакція йде до повного перетворення вихідних речовин у продукти реакції. Така реакція записується в загальному випадку так:

При проходженні оборотних реакцій концентрація вихідних речовин зменшується, а разом з цим зменшується швидкість прямої реакції.

Одночасно зростає швидкість оберненої реакції

Це призводить до того, що зменшується швидкість сумарної реакції

яка в кінці кінців стає рівною нулю. При цьому досягається стан, який називається хімічною рівновагою. У цьому стані швидкість прямої реакції і зворотної однакові

Тут буквами позначено зрівноважені концентрації компонентів реакції.

Внаслідок того, що константи швидкості   і   не залежать від концентрації речовин, які зазнають змін в реакції, то константа рівноваги  не залежить від концентрації. Константа рівноваги реакції може бути виражена через парціальні тиски компонентів реакції

де  - алгебраїчна сума стехіометричних коефіцієнтів газів, які приймають участь в реакції,

R – універсальна газова стала.

При обчисленні   молей утворених продуктів реакції беруть із знаком «+», а числа молей вихідних речовин в реакції із знаком «-».

Якщо  , то  

З константою рівноваги хімічної реакції пов’язана хімічна спорідненість реагуючих речовин, яка характеризується максимально роботою хімічної реакції. Величина максимальної роботи виражається зміною ізотермічних потенціалів. Для реакції

Для ізохорно-ізотермічної реакції зміну ізохорно-ізотермічного потенціалу знаходять за формулою

Зміна ізобарно-ізотермічного потенціалу

Тут  ,  - константа рівноваги реакції при температурі T;  ,  ,  ,   – нерівноважені концентрації реагуючих речовин,  ,  ,  ,   – нерівноважені парціальні тиски реагуючих речовин. Термодинамічне співвідношення називають рівняннями ізотерми хімічної реакції. Ці рівняння дають можливість визначити, в якому напрямі і до якої межі може проходити реакція. Знак «мінус» перед  ,   вказує на можливість самочинного протікання прямої реакції; знак «плюс» вказує на те, що самочинно реакція може протікати в зворотному напрямі. Якщо  ,  , то система перебуває в стані термодинамічної рівноваги.

Для оцінки хімічної спорідненості різних реакцій використовують величину стандартної спорідненість, при цьому концентрації вихідних речовин і кінцевих продуктів реакцій дорівнюють

За відомим значенням   і   реакцій за стандартних умов, можна знайти константи хімічної рівноваги   і  . Зміну стандартного ізобарно-ізотермічного потенціалу можна обчислити за табличними величинами  і  реагуючих речовин

Ця формула може бути використана для наближеного обчислення   для інших температур, якщо не враховувати температурну залежність теплоємності реагуючих речовин.

 

 

Установимо зв'язок між константою рівноваги і температурою вико рис-тавши рівняння Гібса-Гельмгольца.

 - зміна внутрішньої енергій, А – максимальна робота хімічної реакції.

Для стандартних умов рівняння Гібса-Гельмгольца можна записати у вигляді

Продиференціюємо рівняння  

Оскільки   дане рівняння набуває вигляду

Отримане рівняння є рівнянням ізохори реакції.

За умови  можна отримати рівняння ізобари реакції

При інтегруванні рівняння ізохори ізобари хімічної реакції отримаємо рівняння

Отримані рівняння дають можливість обчислити константу рівноваги реакції за заданої температури, якщо відомі її значення для іншої температури і тепловий ефект. За двома константами рівноваги за двох температур можна обчислити середнє значення теплового ефекту реакції.

 

 

 

Як відомо, молекули всіх речовин являють собою сукупність атомів тих чи інших хімічних елементів, якщо під дією певних факторів змінних структура молекул, то замість даних речовин виникає одна або більше речовин, які мають цілком відмінні властивості. Такий процес переходу одних речовин в інші називається хімічною реакцією. Хімічні реакції можуть відбуватись між речовинами, які перебувають в однакових фазах, тоді реакція називається гомогенною, а коли реагуючі речовини перебувають у різних фазах, то реакція гетерогенна. Рівняння реакції, яке виражає еквівалентне співвідношення між компонентами, називається стехіометричним рівнянням. Рівняння хімічних реакцій може бути подана в загальному вигляді:

аА+bB+…= сС+dD.

У цьому рівнянні великими буквами позначено компоненти хімічної реакції, а малими стехіометричні коефіцієнти. У кожний момент проходження хімічної реакції вихідні речовини утворюють з продуктами реакції однорідну суміш, яку можна розглядати як замкнуту термодинамічну систему. При проходженні