ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА Некоторые теоремы механики. О смысле понятия вероятности из "Введение в термодинамику Статистическая физика " Применение термодинамики дает возможность вывести ряд важных соотпошений, относящихся к химическому равновесию. Здесь мы рассмотрим вопрос о равновесии химических реакций, протекающих в смеси идеальных газов. [c.154] Рассмотрим смесь идеальных газов, способных реагировать между собой и занимающих некоторый объем. Будем считать, что температура и давление в смеси всюду одни и те же, а смесь однородна (одна фаза). Уравнения химических реакций, которые могут происходить в рассматриваемой смеси, предполагаются известными. Необходимо найти связь между концентрациями химических компонентов, давлением и температурой, при которых реакция прекращается и наступает равновесие. [c.154] Для того чтобы к этой задаче применить термодинамическпе условия равновесия, необходимо знать выражение для свободпой энергии (если в качестве внешнего параметра выбрано давление, то это будет термодинамический потенциал Ф) смеси газов, способных химически реагировать друг с другом. 1[ри выводе в 46 выражения для свободной энергии смеси газов мы сделали предположение, что газы между собой химически не реагируют (в противном случае при их смешении или разделении описанным там путем происходили бы реакции, и сделанные там выводы могли бы быть неверными). [c.154] Однако можно убедиться в том, что выведенное нами выра-зкение свободной энергии смеси газов остается правильным и для смеси газов, способных химически реагировать ме кду собой (в этом случае оно, очевидно, относится уже к системе, ие находящейся в состоянии термодинамического равновесия, так как химического равповесия здесь нет). Дело в том, что многие термодинамически возможные химические реакции, связанные с уменьшением свободной энергии, фактически идут только в присутствии определенных катализаторов, количество которых может быть ничтожно. [c.154] В других случаях мы можем представить себе возможным в 1есение замедляющего отрицательного катализатора и затем удаление его после конца смешения. [c.155] Мы будем поэтому выражение (3.159) для свободной энергии смеси считать справедливым как для нереагирующнх газов, так и для газов, способных к химическим реакциям. [c.155] Минимум термодинамического потенциала Ф нужно находить с учетом воз.чожных нри реакциях изменений числа молей ( I, 2. ..,) компонентов смеси. [c.155] Наша смесь состоит из трех компонентов Нг, Ог и НгО. Обозначим через и, концентрацию Нг, через Пг — концентрацию 0 и через Из — концентрацию НгО. Очевидно, в,Пи в,Пг, йп, связаны между собой соотношениями и,/2 = с Пг/1 = —йп 12. [c.156] В этом случае 2vA = О, так что К зависит только от темпера-гуры и не зависит от давления. Это, очевидно, имеет место для всех реакций, при которых общее число молекул не меняется. [c.157] Часть полученных нами соотношений легко вывести из молекулярно-кинетических соображений. [c.157] Отсюда вытекает, что чем больше тепловой эффект при реакции, тем больше смещается равновесие реакции с изменением температуры. [c.159] При фиксированных Р л Т это соотношение определяет функцию х(г). Из ус.ювия экстремума этой функции, х/йг = О, заключаем, что Хтах получается при г = 3. Поскольку газы реагируют также в отношении 1 3, очевидно, что ту же пропорцию нужно выбрать и для исходной смеси. [c.161] Постараемся коротко наметить содержание статистической физики — той главы теоретической физики, которую часто называют также кинетической теорией материи или статистической механикой. [c.163] Статистическую физику можно разделить на статистическую термодинамику, изучающую физические системы в состоянии термодинамического равновесия, и статистическую кинетику, занимающуюся теорией процессов в этих физических системах. При этом в статистической физике явно вводится в рассмотрение молекулярная структура системы — в этом ее характерное отличие от термодинамики и феноменологической теории процессов. [c.163] В отношении применяемых методов для статистической физики характерно, что она широко пользуется статистическим методом , т. е. аппаратом математической теории вероятностей и теми физическими представлениями, которые с понятием вероятности связаны. Этим, собственно, и оправдывается название статистическая физика . [c.163] Задачи, которые ставит и решает статистическая термодинамика (термодинамическая статистика), можно охарактеризовать следующим образом. Исходя из определенных представлений о строении и механизме снстемы, например газа, кристалла или излучения, определить значения различных физических величин в состоянии термодинамического равновесия, при данных внешних условиях — заданной температуре, объеме и т. д. При этом величипы, характеризующие термодинамическое равновесие, рассматриваются как средние от тех или иных функций координат и импульсов нашей системы. Термодинамические равенства сохраняются при этом как точные равенства, но относящиеся только к этим средним значениям. Это дает возможность ввести в статистическую теорию все термодинамические величины температуру, энтропию, свободную энергию и т. д. [c.163] Вернуться к основной статье