Введение

Отношение между температурой и равновесной константой химической реакции

Уравнение Ван-т-Хоффа связывает изменение равновесной константы, Keq, химической реакции с изменением температуры, T, при известном стандартном изменении энтальпии, ΔrH^(⊖), для процесса. Индекс означает "реакцию", а верхний индекс – "стандартные условия". Оно было предложено голландским химиком Якобусом Хенрикусом ван-т-Хоффом в 1884 году в его книге Études de Dynamique chimique (Исследования в динамической химии). Уравнение Ван-т-Хоффа широко используется для изучения изменений функций состояния в термодинамической системе. График Ван-т-Хоффа, выведенный из этого уравнения, особенно эффективен для оценки изменения энтальпии и энтропии химической реакции.

Сюжет Вант Хоффа

Для обратимой реакции постоянную равновесия можно измерить при различных температурах. Эти данные можно представить на графике, где по оси y отложена ln Keq, а по оси x – 1/T. Данные должны демонстрировать линейную зависимость, уравнение которой можно определить, аппроксимируя данные линейной формой уравнения Ван-та-Гоффа.

Этот график называется "графиком Ван-та-Гоффа" и широко используется для оценки энтальпии и энтропии химической реакции. Наклон этого графика соответствует -ΔH/R, а пересечение с осью y – ΔS/R. Измеряя постоянную равновесия Keq при разных температурах, график Ван-та-Гоффа можно использовать для анализа реакции при изменении температуры. Зная наклон и пересечение графика Ван-та-Гоффа, энтальпию и энтропию реакции можно легко вычислить.

График Ван-та-Гоффа позволяет быстро определить энтальпию химической реакции как качественно, так и количественно. Изменение энтальпии может быть положительным или отрицательным, что приводит к двум основным формам графика Ван-та-Гоффа.

Механические исследования

Химическая реакция может протекать по различным механизмам при разных температурах. В этом случае можно использовать график Ван-т-Гоффа с двумя или более линейными аппроксимациями. Каждая линейная аппроксимация имеет свой наклон и точку пересечения с осью, что указывает на различные изменения энтальпии и энтропии для каждого отдельного механизма. График Ван-т-Гоффа позволяет определить изменение энтальпии и энтропии для каждого механизма, а также наиболее благоприятный механизм при разных температурах. На примере, представленном на рисунке, реакция протекает по механизму 1 при высокой температуре и по механизму 2 при низкой температуре.