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范托夫方程的替代配方

*通信:

艾尔H孤独的大学,化学系,政府学位,kupwara - 193222,克什米尔,印度,电话:7051248200;电子邮件:lone.irfan3@gmail.com

文摘

另一个配方(名为总熵方程)范霍夫的方程提出了。一个解释的影响温度对放热和吸热的过程中提供了这方面替代配方。治疗可以直接用于突出显示的总熵变化的核心作用在确定过程的方向。作为一个化学的例子的总熵变的计算提出了。哈勃-博施方法最后,范霍夫的之间的相关性方程和总熵方程证明了显示有可能得出的前后来,反之亦然。

关键字

范托夫方程;熵;放热;吸热的;Gibbs-Helmholtz方程

介绍

范托夫方程(1]:

(1)

通常是派生(2- - - - - -6]范托夫等温线的利用:

(2)

吉布斯-亥姆霍兹(7- - - - - -9方程:

(3)

更具体地说,得到方程(1)一个替代品Δ方程(2)_rG°到左边的方程(3)和集成。范托夫方程用于了解一个平衡常数K的变化与温度(2,3]。这个温度对平衡常数的影响通常是通过其影响理解标准吉布斯能源反应Δ_rG°(10,11]。标准的一种物质状态是指1条压力。换句话说,任何改变在K T的值被认为是改变标准吉布斯能源反应Δ_rG°(3]。此外,K对温度的依赖是由Δ的迹象_rH°和范托夫方程提供了这种依赖的理论基础12]。另外,温度的影响equillibria有时正确,但只有定性,被解释的相对重要性大小的系统的熵的变化和它的直接环境2]。这是通过使用下列关系:

(4)

为了提供一个数学表达式对应的另类解释范托夫方程可能制定的熵。这在以下部分中我们所做的。提出了方程,它是希望,是一个有用的表达式,强调以更直接的方式总熵变的角色(系统+环境)在这个过程。

这个方程

如果一个繁殖双方负号,方程(4)的一个人

如果一个标识第一项右边的上面和周围环境的熵变方程(13),表示它然后,自,你会发现(14]:

(5)

这里ΔS°_总是反应生成的总熵变和T表示绝对温度。ΔS_总有时也称为ΔS吗_宇宙或ΔS_孤立的但是我们不会使用这些名称。对我们的宇宙将由系统及其周围环境的情况通常是这样在一个典型的化学实验室。尽管方程(5)确实给角色的一些指示ΔS°_总在确定有利的路径的过程,它是有用的去欣赏的角色ΔS°_总完全。如果不是方程(2)一个替代品方程(5)的左手边方程(3)得到:

(6)

方程(6)可以直接集成两个指定温度T_我和T_f说,给普遍的结果如下:

(7)

这里T_我是初始温度,而T_f是最后的温度。为了进一步开展以上集成一个人必须知道如何系统的焓随温度(15- - - - - -18]。如果一个人使用的近似标准反应焓与温度无关,至少一个有效的近似小范围的温度2),然后方程(7)可以很容易地集成给以下特殊的结果:

(8)

方程(7)和(8)代表另一种配方范霍夫的方程的熵。

结果与讨论

方程(8)是一个重要的结果,因为它可以用来解释的行为对温度直接放热和吸热的过程。根据方程(8),为放热过程(过程伴随着进化的能源以热能随着反应物转化为产品)温度的增加会导致净总熵减少。因此放热过程的平衡常数随温度的增加,可以很容易地从一个比较方程(2)和(5)。另一方面,温度的降低会导致净增加的总熵和平衡常数增加,也明显的比较(2)和(5),这必须因为ΔrH°放热系统< 0。现在,如果我们使用方程(8)吸热过程(过程伴随着的吸收能源以热能随着反应物转化为产品)我们发现温度的增加会导致净总熵增加。因此为吸热过程平衡常数随温度的增加。另一方面温度降低会导致净减少总熵和K_情商随温度降低,再从一个比较明显的方程(2)和(5),这必须因为Δ_rH°> 0吸热系统。

一个应用程序:。哈勃-博施方法

它的发明者的名字命名的哈勃-博施方法,德国化学家弗里茨·哈伯(德国和卡尔·博世,谁开发的20世纪上半年(19),是一个人工固氮作用过程,是主要的工业过程生产氨的今天20.]。这一重要过程消耗了超过百分之一的人类能源生产,但负责喂养大约三分之一的人口,有些更大的根本重要性比飞机的发明,现代世界核能、航天飞行,或电视21]。这是一个放热过程,哈勃-博施方法将大气氮(N₂氨(NH₃通过与氢反应(H)₂)使用金属催化剂在高温高压和描述通常是通过下列化学方程式:

N₂(g) + 3 h₂nh (g)≡2₃(g)

现在Haber-Bosch平衡过程Δ的价值_rH°= -92.2 KJmol¹在298 K和K的值_情商然后6.1×105。假设Δ的价值_rH°是独立于温度高达500°C和温度高于室温的步骤增加50°C。一个可以计算的变化ΔS°_总利用方程(8)与温度。这些值的ΔS°_总在不同的温度高于室温(与ΔS°_总= 110.40 JK¹摩尔¹在298 K,可以从已经存在的化学文献,例如看到reference-2或计算通过使用方程(5))下表所示。

从上面可以很清楚的看到表1,ΔS°_总增加当T减少上述Haber-Bosch放热过程。这意味着过程变成不利,在更高的温度。

表1:的价值观? S°。哈勃-博施方法的总在不同的温度下

范托夫方程和总熵之间的关系方程

现在使用方程(8)可以很容易地获得范托夫方程或范霍夫定律。如果一个人使用方程(5)也可以写为(8)

(9)

现在一个替代品方程(2)方程(9)得到期望的结果

(10)

另外,如果需要向后方程(10)和工作通过使用方程(2)的一个总熵方程,得到了方程(8)。

结论

另一种热力学解释行为的放热和吸热的过程对温度的总熵变过程的原因。可以提出一个数学表达式,称为总熵方程,潜在的这种解释。提出了方程很直接欣赏的角色总熵的变化过程。

的利益冲突

作者说,这项研究是在没有进行任何商业或金融的关系这可能被认为是一个潜在的利益冲突。

确认

作者要感谢教授卡尔·o·Trindle(弗吉尼亚大学)许多有用的文章的改进建议。

引用

1. 范霍夫JH。死罗尔des osmotischenDruckes der AnalogiezwischenLo吗?sungen Gasen。Z物理学化学1887;1:481 - 93。
2. 阿特金斯PW,德波拉。物理化学,10的哦。英国牛津大学出版社,。2014:255-7。
3. 阿特金斯PW,德波拉。王丹妮JElements的物理化学。英国牛津大学出版社,。2005:170-2。
4. SilbeyRJ、AlbertyRA Bavendi毫克。物理化学,4日英国ed.John-Wiley和儿子Inc .。2005:145-8。
5. EngelT,里德p .物理化学。培生教育,Inc . 2006:131-3。
6. McQuarrieDA,西蒙JD。物理化学,大学科学书籍,索萨利托,加州,美国。1997:977 - 81。
7. 吉布斯JW。交易的康涅狄格艺术和科学院,纽黑文市。1875;3:108 - 248。
8. 吉布斯JW。交易的康涅狄格艺术和科学院,纽黑文市。1877;3:343 - 524。
9. 亥姆霍兹高压。热力学ChemischerVorgange死去。1882;93 - 101。
10. GlasserL。正确使用亥姆赫兹和吉布斯函数差异,ΔA和ΔG:范霍夫反应箱。J化学Educ.2016; 93 (5): 978 - 80。