Химиялық және фазалық өзгерістердің энергетикасы Химиялық термодинамика туралы негізгі ұғымдар. Термодинамиканың бірінші заңы
Мысал 1.1. Жай заттардан 2 моль түзілу реакциясының нәтижесінде ішкі энергияның өзгерісінің шамасын анықтаңыз. , . Шешуі
жүктеу/скачать 307,9 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 1.1.2 Жылу эфектілері және термохимиялық теңдеулер. Гесс заңы
| Мысал 1.1. Жай заттардан 2 моль түзілу реакциясының нәтижесінде ішкі энергияның өзгерісінің шамасын анықтаңыз. , .
Шешуі. Газдарды идеал деп ескере отырып, шамасын Дж формуласымен есептеуге болады. ескере отырып, кДж тең екендігін аламыз. Қорыта келгенде Энтальпия мен ішкі энергия күй функциясы болып табылады. Осылайша сырттан енгізілшен жылу жүйенің энтальпиясын ұлғайтуға жұмсалады: 1.1.2 Жылу эфектілері және термохимиялық теңдеулер. Гесс заңы Химиялық реакциялардың жылуын және олардың әртүрлі физика-химиялық параметрлерге, атап айтқанда жылу сыйымдылыққа және фазалық ауысулардың жылуларына тәуелді болатын химиялық термодинамиканың бөлімі, термохимия деген атауға ие. Ереже бойынша химиялық өзара әрекеттесулер жылу эффектілері арқылы жүзеге асады. Осы кезде жылу не бөлініп, не сіңірілуі мүмкін. Жылу бөле жүретін процестер, экзотермиялық, ал жылу сіңіре жүретін процестер – эндотермиялық деп аталады. Жылу эффектілерін ескеретін теңдеулер термохимиялық деп аталады. Термохимиялық теңдеуде міндетті түрде заттың агрегаттық күйі көрсетіледі, ал реакцияның жылу эффектісі өзара әрекеттесудің өнімдерінің бірі ретінде қарастырылады. Мысалы жай заттардан суды түзілу реакциясының термохимиялық теңдеуі келесі түрде сипатталады: кДж Бұл дегеніміз, 1 моль газтәрізді сутек түзілген кезде 242 кДж жылу бөлінетіндігін көрсетеді. Осыдан энтальпияның өзгерісі кДж. Энтальпия жүйенің жылулық өзгерісін сипаттайды, яғни реакцияның жылу эффектісі жүйенің ішкі энергиясының өзгерісімен байланысты болады. Экзотермиялық процесте , болады, ал эндотермиялық процесте , болады. Агреагаттық күйді ескерудің маңыздылығы, бір агрегаттық күйден екінші агрегаттық күйге ауысу энергетикалық шығынмен байланысты болады, мысалы: кДж Сәйкесінше газтәрізді заттардан сұйық судың түзілу жылуының, булану жылуынан бір шамаға айырмашылығы болады: кДж. Изобаралық жағдайда химиялық процестердің энергетикалық баланстарын қарастырған кезде реакцияның жылу эффектісі энталпияның өзгерісімен, яғни соңғы және бастапқы күйдің энтальпияларының айырмасымен анықталады. Қайтымды реакцияны қарастырайық: , Тура реакция энтальпияның азаюымен жүзеге асады және экхотермиялық процесті көрсетеді (1.2. а сурет). Кері реакция энтальпияның өсуімен жүреді, эндотермиялық процесс болып табылады (1.2. б сурет). Заттар түзілу кезеінде бөлінген жылу, дәл сондай мөлшердегі бастапқы заттаға ыдырау кезінде сіңірілетін жылуға тең болады. Бұл жағдайды материя және энергия сақталу заңының бір бөлігі ретінде қарастыруға болады. Ол заң – Лавуазье-Лаплас заңы деп аталады. 1.2. сурет. Жүйенің энтальпиясының өзгерісі: а-экзотермиялық процесс ( ); б-эндотермиялық процесс ( ) Реакцияның жылу эффектісін өлшеуге ғана емес, сонымен қатар Гесс заңы бойынша есептеуге де болады. Яғни термохимиялық заңдылықтарды мейлінше тереңірек талдау, 1840 жылы Г.И.Гесс қалыптастырған термохимияның негізгі заңын береді: тұрақты қысымда, немесе тұрақты көлемде жүретін химиялық реакцияның жылу эффектісі, аралық сатылардың санына тәуелді болмайды, керісінше жүйенің бастапқы және соңғы күйлерімен анықталады. Гесс заңын келесі сызбамен кескіндеуге болады Мұнда АВ затының түзілуі екі бағытпен көрсетілген:1) компоненттердің тікелей өзара әрекеттесуінен немесе 2) аралық АС қосылысының В затымен әрекеттесуі арқылы соңғы өнімді түзуі. Гесс заңы бойынша тікелей синтезделген АВ затының жылу эффектісі Аралық АС өнімін түзу арқылы жүзеге асқан реакцияның жылу эффектілерінің қосындысына тең болады, яғни . Демек Гесс заңы бойынша, стандартты жағдайда берілген Т температура мен р қысымдағы жай заттардан 1 моль қосылыстың түзілу реакциясының жылу эффектісі оны алу әдісіне тәуелді емес. Термодинамикада стандарттық жағдай ретінде 25оС = 298 К температураны, 1,013.105 Па қысымды аламыз. Осы жағдайдағы қосылыстардың түзілу жылулары стандартты түзілу жылулары деп аталады. Олардың мәндері термодинамикалық шамалардың кестелерінде беріледі. Мысал ретінде V топтың sp-элементтерінің гидридтерін қарастырамыз. V (А) топтың элементтерінің гидридтерді түзу энтальпиясы:
Бұл қатарда аммиактың түзілуі экзотермиялық эффектімен жүзеге асады . Ал қалған үш элементтің гидридтері эндотермиялық эффектімен жүзеге асады. Осылардың ішінде пен тұрақсыз, ал алған сәтте ыдырап кетеді, оның түзілу жылуы жанама жолмен есептелуі мүмкін. Гесс заңын қолданатын кристалдық тордың энергиясын есептейтін тағы бір мысал қарастырамыз. Кристалдық тордың энергиясы дегеніміз – бұл гетеролитикалық механизм бойынша кристалды бұззуға жұмсалатын энергия. 1 моль кристалдық натрий хлоридінің түзілуін екі жолмен қарастырайық: І. Элементтерден тікелей синтездеу: кДж/моль - стандартты түзілу жылуы. ІІ. Газтәрізді иондардан кристалдардың түзілуіне алып келетін көпсатылы гипотетикалық процесс: а) натрийдің атомизациялануы кДж/моль – металдық натрийдің стандартты бірден булану жылуы; кДж/моль – газ тәрізді хлордың стандартты атомдану жылуы; в) газ тәрізді натрийдің ионизациялануы кДж/моль – газ тәрізді натрийдің ионизациялану энергиясы; г) газ тәрізді хлордың ионизациялануы кДж/моль – хлордың электронға ынтықтылық энергиясы; д) газдағы иондардың өзара әрекеттесіп бір мезгілде конденсациялануы - кристалдық тордың ізделіп отырған энергиясы. Бұл айналмалы процестің сызбасын келесі түрде көрсетуге болады (Борн-Габер циклі): Гесс заңының негізінде былайша жазуға болады: кДж/моль Натрий хлоридінің кристалдану энергиясының үлкен теріс шамасы процестің экзотермиялығын және кристалының тұрақтылығын көрсетеді. жүктеу/скачать 307,9 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|