Химическое равновесие в газовой смеси

При очень больших скоростях потока и при высоких температурах в аэродинамике имеют дело со смесью газов. Например, воздух при температурах до 500 К остается совершенным двухатомным газом, имеющим постоянный молекулярный вес т fn 29 и показатель адиабаты у = 1,405. При дальнейшем росте температуры увеличивается теплоемкость воздуха, что объясняется возбуждением внутренних степеней свободы в молекулах воздуха. Затем с ростом температуры происходит диссоциация воздуха (молекулы распадаются на атомы) при температурах свыше 2000 К распадается молекулярный кислород, при 4000 К и выше существенным становится разложение азота. В диапазоне температур 7000... 10 ООО К начинается процесс ионизации атомов с образованием свободных электронов. Указанные процессы являются весьма энергоемкими, и это обстоятельство необходимо учитывать при расчете течений. Если скорость химических превращений в газовой смеси велика по сравнению со скоростями газодинамических процессов, то смесь находится в химическом равновесии. В этом случае, как уже отмечалось, вместо уравнений переноса i-то компонента следует рассматривать законы действующих масс в виде (1.26). [c.29]

Расчет химических равновесий в гомогенной среде. Гомогенной называется система, в которой отсутствуют границы раздела, делящие ее на отдельные части, и частицы всех веществ, составляющих эту систему, находятся в одинаковых условиях теплового движения. Такие системы представляют собой, например, газовые смеси или растворы. [c.269]

Мы рассматривали такие процессы, когда реагирующая газовая смесь в каждый момент времени находится в состоянии полного термодинамического равновесия в ней осуществляется как равновесное распределение энергии по степеням свободы частиц, так и химическое равновесие по составу смеси. [c.85]

Эта особенность перегретых паров должна учитываться при составлении уравнения состояния их. Так как энергия связи молекул в группе больше средней кинетической энергии относительного движения молекул, то образовавшиеся в результате ассоциации группы должны быть сравнительно устойчивы и с достаточным основанием могут считаться как независимые частицы или молекулы газа, эквивалентные в кинетическом отношении одиночным или свободным молекулам. Рассматривая перегретый пар как совокупность свободных молекул и ассоциированных групп или комплексов, находящихся в термодинамическом равновесии, можно, воспользовавшись законами газовых смесей, компоненты которых взаимодействуют один с другим подобно химическим реагентам, получить уравнение состояния перегретых паров в виде [c.284]

Таким образом, по мере развития процесса скорость прямой реакции уменьшается, а скорость обратной реакции возрастает. В некоторый момент времени скорости обеих реакций станут одинаковыми, т. е. в единицу времени будет столько же образовываться N1 3, сколько будет его распадаться. Начиная с этого момента, состав газовой смеси и параметры ее не будут меняться — смесь будет находиться в состоянии химического равновесия. [c.486]

Рассматривая реальный газ как совокупность свободных (т. е. одиночных) молекул и ассоциированных групп или комплексов, находящихся в термодинамическом равновесии друг с другом, можно, воспользовавшись законами газовых смесей, составляющие которых взаимодействуют друг с другом подобно химическим реагентам, получить уравнение состояния реальных газов в виде [c.256]

Применение катализаторов. Многие из реакций осуществляются в полной мере только в присутствии катализаторов. Допустим, что реакция протекает в газовой фазе. Для того, чтобы эта реакция была обратимой, например, при постоянных Г и 1/, произведем вначале с помощью полупроницаемых перегородок обратимое смешение реагирующих газов, после чего, добавив к смеси небольшое количество катализатора (или внеся его в смесь на малое время), вызовем реакцию между достаточно малыми количествами реагирующих веществ. Повторяя эту манипуляцию много раз, можно осуществить квазистатический, т. е. обратимый, переход к состоянию химического равновесия через ряд состояний равновесия смеси газов, каждое из которых отличается от химически равновесного. [c.311]

Ограничимся рассмотрением одномерного стационарного течения идеально-газовой смеси, состоящей из М компонент, между которыми протекает R химических реакций. Предположим также, что в каждой точке канала внутренние степени свободы находятся в равновесии с поступательными. Будем пренебрегать эффектами теплопроводности и диффузии. Потери импульса, обусловленные влиянием вязкостных сил, будем учитывать заданием работы трения. [c.124]

Как и при испарении воды, в данных условиях имеют место процессы теплопроводности и диффузии, на которые в большинстве случаев оказывают влияние характер изменения скорости движущейся газовой фазы и ее турбулентность. Однако горение твердого углерода сопровождается химическими реакциями двух видов гомогенной (т. е. в газовой фазе) и гетерогенной (т. е. на поверхности раздела). Известно, что химические реакции не могут протекать с конечной скоростью в отсутствие конечного отклонения от термодинамического равновесия. Более того, при низких температурах эти отклонения могут быть весьма значительными. Следовательно, нельзя полагать, как в примере с водой и паровоздушными смесями, что S- и L-состояния равновесны. [c.42]

Для химической реакции типа 2А = Лз константа равновесия в. законе действующих масс при температуре 18° С составляет 0,00017. Общее давление газовой смеси равно 1 атм. Найти процентное содержание диссоциированных молекул. [c.99]

Таким образом, по мере развития процесса скорость прямой реакции уменьшается, а скорость обратной реакции возрастает. В некоторый момент времени скорости обеих реакций станут одинаковыми, т. е. в единицу времени будет столько же образовываться ЫНз, сколько будет его распадаться. Начиная с этого момента, состав газовой смеси и параметры ее не будут меняться, т. е. смесь будет находиться в состоянии равновесия, называемого химическим равновесием. Химическое равновесие является подвижным или динамическим равновесием, устанавливающимся при равенстве скоростей прямой и обратной реакций. [c.178]

Переходим к формулировке уравнения состояния. Как и в предыдущей лекции, будем рассматривать каждый элемент континуума многокомпонентной химически реагирующей газовой смеси как совокупность п химически чистых подсистем, каждая из которых находится в состоянии локального термодинамического равновесия. Одновременно считается, что равновесие между подсистемами отсутствует концентрация каждой компоненты смеси определяется уравнениями (2.8). [c.41]

Состояние газа зависит от концентраций различных компонент атомов, молекул, ионов, электронов и распределения внутренней энергии по степеням свободы. В общем случае внутренняя энергия газа складывается из энергии поступательного движения частиц, вращательной и колебательной энергии молекул, химической энергии, энергии ионизации и электронного возбуждения атомов, молекул, ионов. В условиях полного термодинамического равновесия состояние полностью определяется элементным составом газовой смеси и значениями двух каких-нибудь макроскопических параметров, например, плотности и удельной внутренней энергии. [c.298]

В частности, если при расширении газовой смеси состав ее не меняется вообще, хотя в соответствии с условиями равновесия он должен был изменяться, то такой процесс расширения называется химически предельно неравновесным расширением. [c.73]

Независимо от начальных парциальных давлений, химическая реакция (9.3.1) необратимо движется к состоянию равновесия, в котором парциальные давления удовлетворяют соотношению (9.3.И). Это — одна из форм закона действующих масс, Кр — константа равновесия, выраженная через парциальные давления. В смеси идеальных газов, так как рк = Мк/У)ЯТ = [к]ЯТ (газовая постоянная Н выражена в бар л/(моль К)), закон действующих масс можно также выразить через концентрации реагентов и продуктов [c.237]

Заключение. Модель частичного химического равновесия разработана и применена для численного исследования гиперзвуковых течений многокомпонентных газовых смесей около затупленных в рамках уравнений Навье - Стокса. Для рассмотренных в работе условий обтекания получено существенное упрощение диффузионной части задачи точность предложенного подхода продемонстрирована сравнением с результатами расчетов задач в полной постановке. [c.186]

Пусть есть некоторая физическая величина, характеризующая состояние тела, а Sq — её значение в состоянии равновесия о является функцией от плотности и температуры. Так, для жидких (или газовых) смесей величиной может являться концентрация одного из веществ в смеси, а Iq есть тогда значение концентрации при химическом равновесии. [c.377]

Каждое истинное химическое равновесие характеризуется тем, что в равновесной газовой смеси реагентов непрерывно происходит реакция, причем как в одну, так и в другую сторону. Наблюдаемое нашими макроскопическими средствами равновесие реализуется тогда, когда частота реакций в обоих направлениях одинакова. Необходимым, хотя и недостаточным условием осуществления единичной реакции является соударение молекул, происходящее вследствие теплового движения. Частоту таких столкновений в единице объема газовой смеси легко связать с концентрациями молекул, что мы покажем на примере простой реакции [c.325]

Формула (9.18) отражает одну из основных особенностей теплообмена химически реагирующей газовой смеси в явном виде. Из формулы видно, что теплота, переданная в процессе теплоотдачи, определяется разностью полных энтальпий, от вывод можно истолковать следующим образом. Если частица инертного теплоносителя с температурой Tf достигла стенки с температурой то переданная стенке теплота определяется разностью энтальпий, которая пропорциональна разности температур. В химически реагирующем газе изменение температуры частицы означает не только измененне ее энтальпии. Из-за изменения условии химического равновесия в частице произойдут химические реакции с поглощением или выделением теплоты. Переданная частицей теплота определится изменением ее энтальпии и тепловым эффектом химической реакции, т. е, изменением полной энтальпии. [c.364]

Физические параметры газа определяются составом смсси, который в свою очередь рассчитывается с помощью констант равновесия химических реакций. Следует подчеркнуть, что в условиях химических реакций состав газовой смеси существенно зависит не только от температуры, но и от давления при увеличении температуры степень диссоциаи.ии увеличивается, а при увеличении давления, как правило, — уменьшается. [c.365]

Рассмотрим, например, газ при определенной температуре и определением давлении, состоящий из водорода и кислорода. Концентрацию каяадого элемента будем считать заданной. Водород и кислород образуют молекулы На, Ог и Н 0 (для простоты пренебрежем более редкими молекулами Н, О, 0 и НзОг). Число молекул воды в газовой смеси, а следовательно и состав газовой смеси при этих условиях, определяются только концентрацией водорода и кислорода. Короче говоря, надо помнить, что независимыми компонентами фазы являются химические элементы, содержащиеся в ней (каждый элемент нужно рассматривать как независимую компоненту, даже если он присутствует не только в своей элементарной форме, но и в химическом соединении с другими элементами). Однако из химии известно, что при определенных условиях химическое равновесие осуществляется через некоторый период времени, чрезвычайно длительный по сравнению с обычньши интервалами времени. Таким образом, [c.79]

В гл. 7, очень неоднородной по содержанию, рассматриваются следующие темы равновесие фаз правило фаз уравнение Дюпре — Ренкина химические константы Нернста тепловая теорема Нернста теоре.ма Нернста в случае газовой реакции теорема Нернста в случае неоднородной химической реакции теплоемкость газов и твердых тел теория разбавленных растворов случай реакции в газовой смеси случай испарения чистого растворителя испарепие и замерзание раствора нелетучих веществ осмотическое давление теплота растворителя в насыщенном растворе соотношение между теплотой и электрической энергией соотношение между электровозбудитель-ной силой и эффекта.ми Томсона и Пельтье лучистая теплота соотношение между лучеиспусканием и поглощение.м давление тепловых лучей закон Стефана закон смещений. [c.207]

Термодинамическое равновесие для химически реагирующей системы характеризуется минимальным значением G (AG = 0), отсутствием выделения или поглощения энергии и постоянным составом системы при Т = onst и р = onst. Однако это не означает, что в системе прекращаются всякие химические взаимодействия система находится в подвижном термодинамическом равновесии. Если же в газовой смеси преобладают газы Л и Б, то AG < О и реакция должна протекать слева направо. В противном случае AG > О и реакция будет протекать в обратном направлении, т. е. из газов С и D будут образовываться газы Л и В. [c.11]

П. д. газа в смеси определяется химический потенциал (см.) его, условия его равновесия с жидкостями и твердыми телами (объемное поглощение, окклюзия, растворение) и адсорбция. Давление насыщенного пара в индиферентном газе (например воздухе) над жидкостью является также парциальным давлением пара в газовой смеси, равновесным с жидкостью. [c.463]

Основные уравнения. Рассмотрим реагирующую смесь совершенных газов, состоящую из N индивидуальных веществ. Предположим, что смесь является гомогенной, а поступательпые и вращательные степени свободы молекул находятся в равновесии с колебательными степенями свободы. Прежде чем переходить к анализу уравнений, конкретизируем правые части уравнений сохранения массы индивидуальных компонентов для случая неравновесных химических реакций. Выпишем для этого уравнения химической кинетики. Пусть в газовой смеси протекают I независимых химических реакций, каждая из которых, например г-я, описывается формулой [c.258]

Для проводимых в работе исследований использовалась однотемпературная 11-компонентная модель диссоциированного и частично ионизованного воздуха с учетом 49 химических реакций в газовой фазе [14]. Аппроксимация констант равновесия для восьми независимых в стехиометрическом отношении реакций, а также термодинамических функций воздуха в диапазоне температур 800 К Г 20000 К проведена по данным работы [15]. Коэффициенты вязкости И и теплопроводности X вычислялись по аппроксимационным формулам, предложенным в [16, 17] для смесей неравновесного состава, образованных частичной диссоциацией и ионизацией молекул О2, N2. [c.181]

Скорость химической реакции (измеряемая, скажем, ч[ слом прореагировавших в единицу времени молекул) зависит от температуры газовой смеси, в которой она происходит, уве/ нчиваясь вместе с ней. Во многих случаях эта зависиг.юсть очень сильная ). Скорость реакции может при этом оказаться при обычных температурах настоль о малой, что реакция практически вовсе не идет, несмотря на то, что состоянию термодинамического (химического) равновесия соответствовала бы газовал смесь, компоненты которой прореагировали друг с другом. При достаточном же повышении температуры реакция протекает со значительной скоростью. Если реакция эндотермична, то для ее протекания необходим непрерывный подвод тепла извне если ограничиться одним только начальным повышением температуры смеси, то прореагирует лишь незначительное количество вещества, вслед за чем температура газа настолько понизится, что реакция снова прекратится. Совсем иначе будет обстоять дело при сильно экзотермической реакции, сопровождающейся значительным выделением тепла. Здесь достаточно повысить температуру хотя бы в одном каком-нибудь месте смеси начавшаяся в этом месте реакция в результате выделения тепла сама будет производить нагревание окружающего газа и, таким образом, реакция, раз начавшись, будет сама собой распространяться по газу. В таких случаях говорят о медленном горении газовой смеси или о дефлаграции "). [c.662]

Символы А — энергия активации, исходная газообразная химическая компонента В —химическая компонента в виде твердой фазы С — газообразный продукт реакции Ср — теплоемкость при постоянном давлении D —коэффициент диффузии / — безразмерная функция (уравнение (6)) i — э нтальпия /С — константа равновесия —весовая доля газа в смеси k — безразмерная концентрация компоненты газа (уравнение (9)) Le — критерий Льюиса е — компонента твердой фазы т — молекулярный вес т—параметр уноса вещества (уравнение (23)) п — порядок реакции Рг — критерий Прандтля — универсальная газовая постоянная Re = — критерий Рейнольдса /- — теплота реакции [c.308]

Если мы увеличим давление в системе, а температуру сохраним постоянной, то концентрация компонент газовой смеси возрастает. Если бы химическое равновесие не нарушалось, то концентрация всех компонент должна была бы возрасти, приобретя общий мноил итель. Считая, что имеет место неравенство (144), мы должны были бы ожидать уменьшения левой части (136). Но так как выражение в правой части (136) остается постоянным, то и левая часть не может уменьшиться. Следовательно, равновесие должно переместиться влево, чтобы сохранить левую часть уравнения (136) постоянной. [c.99]

Известно также, что условия химического равновесия таких систем, как газ — жидкий конденсат , тоже изменяются с изменением давления. Поэтому при снижении давления в газоконденсатных смесях ниже давления начала конденсации (но выше конца ретроградного испарения) вязкость газовой фазы, ее сжимаемость изменяются вследствие общей зависимости вязкости газа неизменного состава от давления, а также изменения компонентного состава газовой фазы (рис. 25). Результирующей будет новая, еще более сильная связь параметров газа с давлением. При этом вязкость уменьшается с падением давления до давления максимальной конденсации, поскольку на этом участке в жидкую фазу переходят тяжелые компоненты, газовая фаза облегчается, но при дальнейшем снижениидавления начинается обратное испарение, газовая фаза обогащается и вязкость ее растет. График на рис. 24 иллюстрирует соответствующий перелом зависимости вязкости газа от давления в точках начала конденсации. Подчеркнем, что этот эффект вполне аналогичен изменению хода кривой вязкость — давление газированной жидкости при давлении насыщения. [c.193]

Говоря о своих первичных исследованиях второго закона, Планк сетует, что Кирхгоф, Гельмгольц п Клаузиус отнеслись к ним холодно. Но это отношение к его работе его учителей не остановило Планка, глубокого понявшего огромное значение второго начала и необходилюсть дальнейшего развития его теории. По этому поводу в Научной автобиографии записано Подобные испытания все же не помешали мне глубоко проникнуться сознанием возможности этой задачи и продолжить изучение энтропии, которую я рассматривал наряду с энергией как важнейшее свойство физического состояния. Так как максимум энтроппи отвечает состоянию равновесия, то значение энтропии позволяет установить все законы физического и химического равновесия. Эту программу я и реализовал в работах, выполненных в течение ряда последующих лет. Сначала в моей мюнхенской диссертации в 1880 г. это было сделано для изменения агрегатного состояния, а затем — для газовых смесей, что привело к плодотворным результатам. К сожалению, оказалось, как я потом выяснил, что великий американский теоретик Джошуа Уиллард Гиббс опередил меня, еще раньше сформулировав те же самые положения, частично даже в еще более общем виде . [c.603]

Таким образом, неравновесный в целом процесс сводится к более аростой феноменологической схеме, а именно к совокупности равновесных процессов в отдельных термодинамических подсистемах с привлечением уравнений, регулирующих массообмен незамкнутых подсистем и приток энергии в каждую из них, т. е. уравнений релаксации и химической кинетики типа (1.2.7) или других. Отличие от случаев полного термодинамического равновесия газовой смеси как термодинамической системы заключается здесь в том, что состояние газа определяется не только давлением и температурой, но и совокупностью других параметров дп. [c.13]

Молекулярная теория течения газов. Молекулярная теория течения газов описывает макроскопические свойства газовых смесей, не находящихся в термодинамическом или химическом равновесии, исходя из некоторых предположений относительно поведения микроскопических частиц, составляющих данный газ. Введем функцию распределения скоростей молекул 1 х, у, г, Vy, г, /), которая дает в момент времени i вероятное число молекул г-го компонента смеси в объеме йхйуйг в точке пространства с координатами х, у, г, составляющие скоростей которых заключены между и и + Юу и Vy + dVy, Vz и Vz + dVг. пространство X, у, 2, Юх, Vy, V2 называется фазовым пространством, а координаты и скорости являются в нем независимыми переменными. Общее число частиц в объеме (1х(1у(1г, отнесенное к величине этого объема в момент времени t, определяется, очевидно, как [c.25]

Путем систематических изменений относительных количеств N2, Н2 и КНзв исходной смеси газов и последующего анализа газовых смесей в равновесных условиях можно установить, какому закону подчиняется состояние равновесия. Задолго до работы Габера, еще в девятнадцатом столетии, химики проводили подобные исследования над другими химическими системами. В 1864 г. Като Максимилиан Гульберг и Петер Вааге сформулировали закон действующих масс который выражает относительные концентрации реагентов и продуктов в равновесных условиях через величину, называемую константой равновесия. [c.281]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...