Түзілу жылуы деп, 1,013105 Па қысымда, температура 298 K жағдайда 1 моль берілген қосылыстың жай заттардан түзілуге жұмсалған жылу эффектісін айтамыз. Бұл кезде реакцияға қатысушылардың барлығы тұрақты агрегаттық күйде болуы шарт.
Жану жылуы деп, стандарты жағдайда 1 моль зат қарапайым оксидтерге дейін жанғанда бөлінетін жылуды айтамыз.
Еру жылуы деп, 1 моль заттың еріткіштің шексіз көп мөлшеріндегі еру процесін айтамыз. Еру жылуы кристаллдық тордың бұзылу жылуы (қатты заттар үшін) мен сольватация жылуынан құралады:
∆Неру= ∆Нкр.тор + ∆Нсольв.
Гесс заңының бірінші салдары
Стандартты жағдайда реакцияның жылу эффектісі сәйкесінше стехиометриялық коэффициенттерге көбейтілген реакция өнімдері мен бастапқы заттардың түзілу жылулар қосындыларының айырымына тең.
ΔН°298 = ΣiΔfН°ӨНІМ – Σn iΔfН° БАСТ.ЗАТ. (2.12)
Н°298 - химиялық реакцияның жылу эффектісі, ΣiΔfН°ӨНІМ , Σn iΔfН° БАСТ.ЗАТ.
- реакция өнімдері мен бастапқы заттардың түзілу жылуларының қосындысы.
C
f
f
f
аА + вВ → сС + dD реакциясы үшін былай бейнелеуге болады:
0
H298
c
H 0 d
H0 D
a
H0 A
b
H0 B
( 2.13)
C, D
– реакция өнімдері, А, В - бастапқы заттар қосылыстары,
a,b, c, d
стехиометриялық коэффициенттер.
Гесс заңының екінші салдары
Стандартты жағдайда реакцияның жылу эффектісі сәйкесінше стехиометриялық коэффициенттерге көбейтілген бастапқы заттар мен реакция өнімдерінің жану жылулар қосындыларының айырымына тең.
С
ΔН° 298 = Σ iΔ CН° БАСТ.ЗАТ. – Σn iΔ CН° ӨНІМ ( 2.14)
f
Түзілу жылулары көрсетілген.
H 0
мен жану жылулары
H 0
анықтамалықта
Гесс заңының үшінші салдары
Химиялық реакцияның энтальпиясы үзілетін және түзілетін химиялық байланыстардың энергиясының айырымына тең.
Байланыс энергиясы А-B дегеніміз шексіз ара қашықтықтағы байланысты үзу үшін және түзілген бөлшектерді ажыратуға қажетті энергия:
AB(г) → A(г) + B(г)
Байланыс энергиясы әрқашан оң.
§ 2.4 Жылу сыйымдылық
Жылу сыйымдылық деп, затты қыздырған кезде жылу сіңіру қабілетін айтамыз. Меншікті және мольдік жылу сыйымдылықтар болады.
Меншікті жылу сыйымдылық деп заттың бірлік массасын 1 K-ге қыздыру үшін қажет жылу мөлшерін айтамыз.
Мольдік жылу сыйымдылық 1 моль затты 1 K-ге қыздыру үшін қажет жылу мөлшерін айтамыз. Заттарды қыздыру немесе суытуға байланысты тұрақты көлемдегі жылу сыйымдылық Сv және тұрақты қысымдағы жылу сыйымдылық Ср деп ажыратады.
Жылу есептеулерде заттардың берілген температурадағы нақтылы жылу сыйымдылығы немесе берілген температура аралығындағы орташа жылу сыйымдылығы қолданылады.
Нақтылы жылу сыйымдылық деп дененің алған шексіз аз жылу мөлшерінің сәйкесінше оның температура туындысына қатынасын айтамыз.
С Q
dT
С – мольдік жылу сыйымдылық, Дж/мольК
( 2.15)
Орташа жылу сыйымдылық деп заттың 1 моль мөлшеріне келтірілген соңғы жылу мөлшерінің температура айрымына Т2-T1 қатынасын айтамыз.
С Q T2 T1
(2.16)
Тұрақты көлемде денеге берілген жылу мөлшері ішкі энергияның өсуімен
QV U тең. Нақтылы жылу сыйымдылық келесі теңдеумен өрнектеледі.
U
CV T
(2.17)
V
Тұрақты қысымда денеге берілген жылу мөлшері энтальпияның өсуімен
QP H тең. Бұдан нақтылы жылу сыйымдылық келесі теңдеумен
өрнектеледі:
H
CP T
(2.18)
P
1
V
2
Заттың n моль мөлшерін T1- ден Т 2-ге дейін қыздыруға жұмсалған жылу мөлшері келесідей қатынаспен анықталады:
QV U
T2
n CVdT
T1
nC T
T
(2.19)
Q P H
T 2
n C PdT
T 1
nC T
T
(2.20)
1
P
2
Тұрақты қысымдағы және тұрақты көлемдегі жылу сыйымдылық жүйенің көлемін өзгерту үшін істелген жұмыс мәнімен айырықшаланады.
СP CV A
(2.21)
1 моль идеал газ үшін 1 К температураға қыздырғанда р = const болғанда A=R. Сәйкесінше,
CP
R - универсал газ тұрақтысы.
CV R
(2.22)
Сұйық және қатты денелерді қыздырғанда көлем аз өзгеретіндіктен CV CP .
§ 2.5 Кирхгоф теңдеуі
Химиялық реакция жылу эффектісінің температураға тәуелділігі Кирхгоф теңдеуімен интегралды түрде өрнектеледі:
H H 0
T
C dT
T 298
P
298
(2.23)
298
H 0 – стандартты жағдайдағы реакция жылу эффектісі,
CP – жүйенің жылу сыйымдылығының өзгерісі.
∆С р мәні өнімдер мен бастапқы заттардың стехиометриялық коэффициенттері ескерілген жылу сыйымдылықтар қосындыларының айырымына тең:
( 2.24)
Химиялық реакция үшін:
аА + вВ → сС + dD
СР
еСP, E dCP , D aCP, A bCP, B
(2.25)
CP,E , CP,D , CP,A , CP,B - тұрақты қысымдағы реагенттердің жылу сыйымдылығы.
Химиялық реакция жылу эффектісіне температураның әсері ∆С р мәнінің таңбасымен анықталады.
Р
С >0 кезінде реакция жылу эффектісі температура өскен сайын артады:
dH >0
dT
P
C <0 кезінде реакция жылу эффектісі температура өскен сайын кемиді:
dH <0
dT
P
C =0 кезінде реакция жылу эффектісі температураға тәуелсіз:
dH =0
dT
Өзіндік жұмыс тапсырмалары
Термодинамикалық жүйе дегеніміз не ?
Термодинамиканың бірінші заңының қандай анықтамалары белгілі ?
Қандай жүйелер ашық, тұйық және оқшауланған деп есептеледі ?
Қайтымды және қайтымсыз процесстер дегеніміз не? Мысалдар келтіріңдер.
Жүйенің ішкі энергиясының анықтамасын айтыңыз.
Сіздерге белгілі күй функцияларының барлығын айтыңыз.
Реакцияның жылу эффектісі дегеніміз не?
Гесс заңын және одан шығатын салдарын айтыңыз.
Стандартты түзілу және жану жылуы дегеніміз не?
Стандартты түзілу және жану жылуы арқылы реакцияның жылу эффектісі қалай есептеледі?
Жүйенің энтальпиясы мен ішкі энергиясы арасындағы байланыс қандай?
Меншікті, молярлы және шын жылу сыйымдылық қалай аталады?
Идеал газ үшін молярлы жылу сыйымдылық Сv және СР қатынастары қандай?
Жылу эффектісінің (дифференциалды түрде) температурадан (Кирхгоф заңы) тәуелділігінің теңдеуін көрсет.
Реакция кезінде температураның кейбір аралықтарында жылу сыйымды- лығының өзгерісі нөлден төмен. Температураны жоғарылатқанда реакцияның жылу эффектісі қалай өзгереді?
Химиялық реакцияның
0
H
298
температурада 298К жылу эффектісін және
Т кезіндегі реакцияның жылу эффектісін ∆Н т есептеңіз.
Есептерді шығару жолдары
Мысал 2.1. 196 кПа қысымда 5-тен 10 л-ге дейін изобаралық кеңею кезіндегі гелийдің (біратомды идеал газ) ішкі энергиясының өзгерісін есептеңіз.
Шешуі: p1 = p2 = 196 кПа, V1 = 5 л, V2 = 10 л. Бастапқы және соңғы температуралар: T1 = p1V1 / nR, T2 = p2V2 / nR.
Идеал газдың ішкі энергиясының өзгерісі тек бастапқы және соңғы температуралармен анықталады: (CV = 3/2 nR - біратомды идеал газ):
U = CV (T2-T1) = 3/2 nR (T2-T1) = 3/2 (p2V2 - p1V1) = 3/2 (196. 103) (10-5). 10-3 = 1470 Дж.
Жауабы: 1470 Дж.
Мысал 2.2. Термодинамиканың бірінші заңын және сыйымдылықты анықтауды пайдалана отырып, еркін термодинамикалық жүйе үшін изобаралық және изохоралық жылу сыйымдылықтар айырмасын табыңыздар.
Шешуі: Жылу сыйымдылықты (2.6) анықтау үшін бірінші заңның дифференциалдық теңдеуін (2.1) және температура мен көлем функциясы ретінде ішкі энергия үшін (2.13) қатынасты пайдаланамыз:
Бұдан тұрақты қысымда келесі теңдеуді аламыз:
Мысал 2.3. Су буының бір молі қайтымды және 100 оС кезінде сұйыққа изотермиялық конденсацияланған. Бұл процестегі жұмысты, жылуды, ішкі энергия өзгерісін және энтальпияны есептеңіз. 100 оС кезіндегі судың меншікті булану жылуы 2260 Дж/г тең.
Шешуі: H2O(г) H2O(с) процессінде тұрақты қысымдағы p = 1 атм
V1 = nRT / p = 0,082. 373 = 30,6 л көлемнен 1 моль сұйық судың V2 ~ 0,018 л көлеміне дейін газдың қайтымды сығылуы болды.
Тұрақты қысымдағы сығылу жұмысы:
A = p (V2 - V1) - pV1 = - 101,3 кПа 30,6 л = - 3100 Дж.
Бір моль судың булануы кезінде 2260 Дж/г 18 г = 40700 Дж жылу жұмсалады, сондықтан бір моль судың конденсациясы кезінде, керісінше қоршаған ортаға: Q = - 40700 Дж жылу бөлінеді.
Ішкі энергия өзгерісін бірінші заң бойынша есептеуге болады:
U = Q - A = -40700 - (-3100) = - 37600 Дж,
ал энтальпия өзгерісін – ішкі энергия өзгерісі арқылы есептеуге болады: H = U + (pV) = U + p V = U + A = Q = - 40700 Дж.
энтальпия өзгерісі жылуға тең, өйткені процесс тұрақты қысымда жүреді.
Жауабы: A = - 3100 Дж, Q = H = - 40700 Дж, U = - 37600 Дж
Достарыңызбен бөлісу: | 
