Вычисления:

K=KQ = Kx = Kc = Kp= [(gяд1´ gэл1) ´M13/2´1/1´ [(gяд2´ gэл2) ´M23/2´2/2´ [(gяд3´ gэл3) ´M33/2´3/3´ [(gяд4´ gэл4) ´M43/2´4/4

Все прочие величины сокращаются, и получаем:

K= [(2´3´2) ¸(3´1)] ´ [3´¸(2´] 3/2 ´ { [(2/3) ¸1] ¸ [¸2] } = 4´ (0.75) 3/2 ´8/3 = (32/3) ´0.6495= 6.928

Резюме:

Это одна из простейших задач, в которой свойства равновесной смеси зависят лишь от простейших структурно-физических параметров ядер изотопов водорода.

ЗАДАЧА 8.

Рассчитать константу равновесия для реакции диссоциации молекулы CO на нейтральные атомы C и O при 2000 К: CO(газ) =C(газ) +O(газ).

Степени вырождения основных электронных состояний атомов C и O равны 9 (Термы 3P).

Значение, рассчитанное по термохимическим данным, равно 7.427×10-22 атм

Спектроскопические данные для CO приведены в табл.15.2 (Д-О, стр.467).

(Ответ в учебнике Kp= 7.790×10-22 атм).

РЕШЕНИЕ.

Таблица 1. Структурные параметры частиц. (Табл. 15.2 (Д-О, стр.467).

Полезные предварительные вычисления резко сокращают расчёты, позволяя их контролировать. Это очень хорошая школа тренировки и самоконтроля.

Масса молекулы

m(CO) = 28´10-3/6.023´1023= 4.649´10-26 кг.

Приведённая масса молекулы (для вычисления момента инерции)

(CO) = 6.857´10-3 кг /6.023´1023= 1.1385´10-26 кг.

Момент инерции молекулы

I(CO) = 1.1385´10-26 ´ (1.1282´10-10) 2 =1.449´10-46 кг´м2.

Энергия диссоциации

D0(CO) = (1072000/6.023) ´10-23 Дж =1.78´10-18 Дж.

Теплота реакции (равна энергии диссоциации) Qv = U0 = Ee

DEe(CO ® C+O) = D0(CO) = 1.78´10-18 Дж.

Тепловой "квант"

kT= 1.38´10-23´2000=2.76´10-20 Дж.

Показатель электронного фактора Больцмана

DEe(CO) / kT = 1.78´10-18 Дж/2.76´10-20 Дж = 64.5.

Фактор Больцмана

exp(-Ee(CO) / kT) = exp(-64.5) = 0.973´10-28.

Квант колебательного возбуждения

h= hc= 6.62´10-34´3´1010´2170.21=19.86´10-21´2.170= 4.3096´10-20 Дж.

Показатель колебательного фактора Больцмана

h/ kT=4.3096´10-20/2.76´10-20=15.61´10-1=1.561.

Колебательный фактор Больцмана

exp(-h/ kT) =exp(-1.561) = 0.21.

13) Стандартный мольный объём V0= (RT/p0) =(8.314´2000¸101325) = 0.16442.

14) Статистические суммы молекулы CO:

14.1) Поступательная

q0t (CO) = [2´p´1.38´10-23´2000´0.028¸(6.023´1023)] 3/2 ¸(6.62´10-34) 3=

= [10-46 ´486 ¸6.023] 3/2 ¸(6.62´10-34) 3== [80.69] 3/2´1033¸ [290.12] = 2.498´1033.

14.2) Вращательная

q0r (CO) = 8´p2´I ´1.38´10-23´2000/h2 =2.1792´10-18´ I/(6.62´10-34) 2 =720.

Момент инерции: I(CO) =1.138´10-26´1.273´10-20=1.448´10-46 кг´м2

14.3) Колебательная от нулевого колебательного уровня

q0v (CO) =1/{1 - exp(-h/ kT) }= 1/ (1-0.21) =1/0.79=1.265.

14.4) Электронная (отсчёт энергий нулевых уровней - от свободных атомов C и O)

q0el (CO) = 1´ exp [-E e(CO) / kT] =exp [-(-64.5)] = 0.973´10-28.

14.5) Мольная q0 (CO) = 2.498´1033´720´1.265´1028=

=2.498´720´1.265´1061=2.275´1064. .

14.6) Молекулярная статсумма CO (2-й сомножитель в Kp):

Q(CO) = 0.16442´2.275´1064/6.023´1023=6.21´1039.

15) Статистические суммы атома C:

15.1) Поступательная

q 0t (C) = [2´p´1.38´10-23´2000´0.012¸(6.023´1023)] 3/2 ¸(6.62´10-34) 3=0.700´1033.

15.2) Электроннаяq 0el (C) = gel (C, терм 3P) = 9.

15.3) Мольная q0 (C) = 0.700´1033´9 =6.300´1033.

15.4) Молекулярная статсумма атома C (3-й сомножитель в Kp):

Q(C) = 0.16442´6.300´1033/6.023´1023=1.72´109.

16) Статистические суммы атома O:

16.1) Поступательная

q0t (O) = [2´p´1.38´10-23´2000´0.012¸(6.023´1023)] 3/2 ¸(6.62´10-34) 3=1.078´1033.

16.2) Электроннаяq 0el (O) = gel (O, терм 3P) = 9.

16.3) Мольнаяq0 (O) =1.078´1033´9= 9.699´1033.

16.4) Молекулярная сумма атома O (4-й сомножитель в Kp):

Q(O) = 0.16442´9.699´1033/6.023´1023=2.647´109.

Таблица 2. Сводка статистических сумм для реакции CO(газ) =C(газ) +O(газ)