Диссоциативное равновесие. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Диссоциативное равновесие - состояние газа (или разбавленного раствора), в к-ром имеет место равенство скоростей реакций распада (диссоциации) молекул и обратных реакций их воссоединения (рекомбинации) из атомов и(или) радикалов. Понятие о Д. р. используется преим. в астрофизике, где обычно приходится иметь дело с гомогенной газовой средой. Д. р. является частным выражением понятия химического равновесия.

В газе, состоящем из п компонентов, образованных т хим. элементами, может протекать п-т независимых реакций, т. е. реакций, не сводимых к линейным комбинациям др. реакций. Систему независимых реакций образуют, в частности, реакции диссоциации всех входящих в газовую смесь молекул на составляющие их атомы. Условие хим. равновесия - равенство скоростей прямых и обратных реакций - может быть выражено в виде действующих масс закона, записанного для каждой из независимых реакций:

где p_i - парциальные давления компонентов,

-их стехиометрия, коэф., К_р - константа хим. равновесия (константа диссоциации), зависящая только от температуры T. Величина К_р определяется изменением энергии Гиббса в результате реакции:

где

- энергия Гиббса i-гo компонента, R - универсальная газовая постоянная. Значок ° означает, что соответствующая величина определена для вещества в стандартном состоянии. Стандартным состоянием для газообразного вещества при данной температуре T является состояние гипотетич. идеального газа с температурой T при давлении р=1 атм. Поскольку

, где

-энтальпия i-гo компонента,

- его энтропия, то:

где

-т. н. приведённая энергия Гиббса, к-рая может быть вычислена, если известна полная статистич. сумма Q_i для соответствующего компонента

, где N - число Авогадро. Величины

рассчитаны для мн. веществ. Для вычисления

используются приводимые в справочниках величины

-энтальпии образования веществ из элементов в стандартных состояниях при Т=0 К; в соответствии с законом Гесса:

Существует неск. способов отыскания равновесного хим. состава газа с помощью констант диссоциации независимых реакций. Часто используется метод, в к-ром сначала определяют парциальные давления свободных атомов. Для этого составляется m ур-ний баланса массы:

где

- число атомов элемента j в молекуле сорта i, р_i - парциальное давление этих молекул, b_j - полное число молей элемента j в смеси,

- "фиктивное" давление элемента j, т. е. то парциальное давление соответствующих свободных атомов, к-рое имело бы место при полной диссоциации всех содержащих данный элемент молекул. С помощью соответствующих констант диссоциации давление р_i в ур-ниях (4) может быть выражено через парциальные давления р_j составляющих элементов, находящихся в свободноатомном состоянии. В результате из (4) получим систему нелинейных алгебраич. ур-ний для p_j. Определив из этой системы все p_j, можно вычислить р_i для любого интересующего нас сорта молекул, составляя соответствующие ур-ния диссоциации (1). При расчётах Д. р. качественный состав газовой смеси должен быть задан заранее, и от исследователя требуется определ. интуиция, чтобы не упустить важных соединений, к-рые могут связать существ. часть атомов того или иного элемента и тем самым повлиять на равновесное содержание др. соединений.

Более общий метод нахождения равновесного состава газовой смеси основан на том факте, что при равновесии в заданных условиях достигает экстремума некрая термодинамич. функция. В особенно часто встречающемся случае, когда равновесие осуществляется при постоянных Т и р, минимизируется энергия Гиббса газовой смеси:

где п - число компонентов, х_i - число молей i-гo компонента в смеси. Для определения равновесных значений x_i необходимо найти минимум функции (5) при условии баланса массы (4). Для решения этой задачи разработаны эффективные вычислит. методы.

Методы, аналогичные изложенным, позволяют исследовать и более общие случаи хим. равновесия, напр. определять концентрации не только нейтральных, но и заряж. газов и кол-ва веществ в конденсиров. фазах.

Расчёты Д. р. звёздных атмосфер, выполняемые с кон. 20-х гг., позволили объяснить осн. характеристики спектров холодных звёзд, в частности разделение спектральной последовательности в области холодных звёзд на "кислородную" и "углеродную" ветви (см. Спектральные классы ),особенности изменения интенсивности молекулярных полос вдоль спектральной последовательности, различия молекулярных спектров звёзд гигантов и карликов и др.

Литература по

Знаете ли Вы, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.