Полная версия

Главная arrow География arrow БИОХИМИЯ ЧЕЛОВЕКА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Обратимые по направлению физические процессы (фазовые переходы)

Обратимые по направлению физические процессы (фазовые переходы) применимы не только к химическим, но и к физическим процессам.

К обратимым по направлению физическим процессам относятся растворение, испарение и плавление веществ, а также осаждение, конденсация и кристаллизация веществ - процессы, им обратные. Такие процессы называют фазовыми переходами. При этом вещество из одного агрегатного состояния (г, ж, т) переходит в другое (г, ж, т), не меняя своего химического состава.

Фазовые переходы удобно изображать в виде схем (квазихимических уравнений) перехода вещества X из одной фазы в другую:

По мере приближения к равновесию энергия Гиббса системы уменьшается, а при достижении равновесия становится минимальной и перестает изменяться. Состав фаз также перестает меняться, и изменение энергии Гиббса в процессе AG = 0, следовательно, в рассмотренных выше процессах при равновесии AGpacr» = 0, AGIW = 0, AGHCI1 = 0.

Химический потенциал

Энергия Гиббса системы в целом может быть рассчитана как сумма энергий Г иббса составляющих систему веществ - компонентов системы. Для таких расчетов используется химический потенциал вещества.

Химическим потенциалом вещества X в данной системе называется величина, которая определяется энергией Гиббса системы, приходящейся на 1 моль этого вещества при заданных условиях:

где ц(Х) - химический потенциал вещества X, Дж/моль; G(X) - энергия Гиббса вещества X в системе, Дж; «(X) - количество вещества X в системе, моль.

Таким образом, если вещество X содержится в системе в количестве л, то энергия Гиббса этого вещества равна

Если система состоит из нескольких веществ Х|, Х2, Хз в количествах Л|, л2, «з» то энергия Г иббса системы определяется суммой

где р(Х|), р(Х2), р(Хз)- химические потенциалы веществ Х|, Х2, Х3.

Если вещество X находится в растворе, химический потенциал этого вещества зависит от концентрации и природы растворителя. Анализ экспериментальных данных показывает, что такая зависимость носит логарифмический характер и имеет следующий вид:

где р(Х) - химический потенциал вещества X, Дж/моль; р°(Х) - стандартный химический потенциал, постоянная для данного вещества X величина, не зависящая от концентрации; In - логарифм натуральный (при основании Зависимость химического потенциала ц(Х) вещества X от его концентрации с(Х) в растворе

Рис. 5.6. Зависимость химического потенциала ц(Х) вещества X от его концентрации с(Х) в растворе

На рис. 5.6 изображен график зависимости химического потенциала ц(Х) вещества X от его концентрации в растворе с(Х). График наглядно показывает, что химический потенциал вещества монотонно возрастает с увеличением концентрации этого вещества в системе. При этом по мерс увеличения концентрации скорость возрастания химического потенциала уменьшается. Стандартный химический потенциал ц°(Х) равен химическому потенциалу вещества X при концентрации с(Х) = 1 моль/л, как это следует из формулы (5.13) и показано на рис. 5.6.

Свойства химического потенциала в некотором отношении сходны со свойствами электрического потенциала. Из физики известно, что при переносе положительного электрического заряда q из точки с потенциалом ср| в точку с потенциалом ф2 система совершает работу -W = q(ср| - ср2), если <р| > <р2 (рис. 5.7, а). Аналогично, в соответствии с определением энергии Гиббса, при переносе количества л(Х) вещества X из раствора с химическим потенциалом Ц|(Х) в раствор с химическим потенциалом р2(Х) система совершает работу -W = л(Ц] - Цг) (рис. 5.7, б). Кроме того, вещество самопроизвольно диффундирует из области с большим химическим потенциалом Ц| (концентрация с(Х) больше) в область с меньшим потенциалом цг (концентрация с(Х) меньше). Так же самопроизвольно движется положительный заряд в электрическом поле от большего потенциала (pi к меньшему ср2.

Аналогия между потенциалом

Рис. 5.7. Аналогия между потенциалом <р электрического поля ? (о) и химическим потенциалом ц концентрационного поля с(Х) (6)

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>