Пәннің ОҚУ-Әдістемелік қҰралы
Лекция 3 Термодинамиканың 1-ші бастамасын химиялық процесстерге қолдану. Гесс заңы
жүктеу/скачать 420,19 Kb.
|
УМКД, физическая и коллоидная химия
| Лекция 3
Термодинамиканың 1-ші бастамасын химиялық процесстерге қолдану. Гесс заңы. Көптеген химиялық реакциялар жылуды бөле (экзотермиялық реакциялар) немесе сіңіре (эндотермиялық реакциялар) жүретіндігі белгілі. Термодинамиканың 1-ші бастамасы әр түрлі жағдайда жүретін химиялық реакциялардың жылу эффектілерін есептеуге мүмкіндік береді. Химиялық реакциялардың жылулық эффектісі – реакция барысында бөлініп шығатын немесе сіңірілетін жылу мөлшері. Жылу эффектісіне негізінен алдындағы стехиометриялық коэффициенті максималды болатын, әрекеттесетін бастапқы заттың бір молі алынады. Мысалы, химиялық термодинамикада сутегінің тотығу реакциясын мына түрде жазуға болады: Н2 + 1/2 О2 = Н2О және жылу эффектісін 1 моль сутегіне есептейді. Жылу эффектісі жүретін химиялық реакциясының сипатына тәуелді болу үшін, келесі шарттар сақталуы қажет: 1. Реакция тұрақты көлем немесе қысымда өтеді. 2. Жүйеде ұлғаю жұмысынан басқа ешқандай жұмыс жасалмайды. 3. Реакция өнімінің температурасы бастапқы заттар температурасына тең болады. Химиялық реакциялардың жүруін қамтамасыз ететін жылулық эффектілер химиялық термодинамиканың бір бөлімі – термохимияға жатады. Термохимияның бірқатар түсініктерін анықтаймыз. Заттардың түзілу жылуы – жай заттардан берілген жағдайда тұрақты химиялық қосылыс түзілгенде болатын жылу эффектісі. Ол 250С температурада, 1 атм қысымда түзілген қосылыстың 1 моліне шаққандағы жылу. Заттардың жану жылуы – деп осы заттың оттегімен әрекеттесіп жоғары оксидтер бергендегі реакцияның жылуы алынады. Жану жылуы 1 моль затқа келтіріледі. Еру жылуы – 1 моль зат еріткіштің шексіз көп мөлшерінде еріген кездегі жылулық эффектісі. Еру жылуы екі құраушыдан тұрады: кристалдық тор жылулық эффектісі (қатты заттар үшін) және сольватация жылуы: ∆Неру = ΔН кр.тор + ΔНсольв (27) ΔНкр.тор әрқашан оң (кристалдық торды бұзуға энергия жұмсау қажет), ал ΔНсольв әрқашан теріс болатындықтан, ΔНеру ΔНкр.тор және ΔНсольв абсолюттік шамаларының қатынастары арқылы анықталады: ΔНеру = (28) Еріген заттар бөлшектерінің сольваттануы негізінен ерітінді концентрациясына тәуелді болғандықтан, еру жылуының бірнеше түрі болады. Интегралды еру жылуы ΔHm – 1 моль зат осынша мөлшердегі еріткіште еріген кезде m концентрациялы ерітінді түзілу үшін бөлінетін немесе жұтылатын жылу мөлшері. Интегралды еру жылуы (m –> 0) шексіз еріген кезде және қаныққанда (m = S): бірінші еру жылуы ΔHo және толық еру жылуы ΔHS деп сәйкесінше аталады. Дербес ерітіндісіне заттарды қосқанда аралық еру жылуы бөлінеді немесе жұтылады (ерітіндінің m1 – бастапқы, m2 – соңғы концентрациялары). Соңғы концентрациялы дербес ерітіндіге еріткішке қосу жылу эффектісі арқылы өтеді. Интегралдық сұйылту жылуы ΔH°m – концентрациясы m 1 моль еріген заттан құралған ерітіндіні шексіз сұйылтқандағы (m = 0) жылу эффектісі. Аралық сұйылту жылуы – 1 моль заттан тұратын ерітіндіні m1 концентрациядан m2 концентрацияға (m2 < m1) дейін сұйылтқандағы жылу эффектісі. Термохимияның негізгі заңы, термодинамиканың бірінші бастамасының дербес жағдайы болып табылатын негізгі заңы Гесс заңы: химиялық реакцияның жылу эффектісі оның жүру жолына тәуелді емес, тек реагенттер мен өнімдердің күйіне тәуелді. Гесс заңының мағынасын схемалық әдіспен көрсеткен жөн. Бастапқы А1, А2, А3... заттары бірнеше жолмен әрекеттесіп В1, В2, В3... реакция өнімдерін түзеді дейік: Бастапқы реагенттер мен соңғы өнімдердің температурасы мен қысымы бірдей болып, жабық жүйеде орналасқан болса, Гесс заң бойынша реакцияның жылу эффектісі келесідегідей жазылады: (29) Гесс заңының практикалық мәні үлкен, ол химиялық процестердің жылулық эффектісін есептеуге мүмкіндік береді. Термохимиялық есептеулерде негізінен Гесс заңының салдарлары қолданылады: 1. Тура реакциялардың жылу эффектісі кері реакциялардың жылу эффектісіне шамасы бойынша тең, тек таңбасы қарама-қарсы (Лавуазье – Лаплас заңы). 2. Бастапқы реагенттері бірдей, бірақ соңғы күйлері әр түрлі екі реакция үшін жылу эффектілерінің айырымы өнімнің бір түрден екінші түрге ауысу кезіндегі жылу эффектілерінің айырымына тең. С + О2 ––> СО + 1/2 О2 ΔН1 С + О2 ––> СО2 ΔН2 СО + 1/2 О2 ––> СО2 ΔН3 (30) 3. Өнімдері бірдей, бірақ бастапқы күйлері әр түрлі екі реакция үшін жылу эффектілерінің айырымы реагенттің бір түрден екінші түрге ауысу кезіндегі жылу эффектілерінің айырымына тең. С(алмаз) + О2 ––> СО2 ΔН1 С(графит) + О2 ––> СО2 ΔН2 С(алмаз) ––> С(графит) ΔН3 (31) 4. Химиялық реакциялардың жылу эффектісі реакция өнімдерінің түзілу жылуларының қосындысынан бастапқы реагенттердің түзілу жылуларының қосындысын алып тастағандағы айырымға тең. (32) 5. Химиялық реакциялардың жылу эффектісі бастапқы реагенттердің жану жылуларының қосындысынан реакция өнімдерінің жану жылуларының қосындысын алып тастағандағы айырымға тең. (33) Мысал ретінде бір моль глюкозаның тотығу реакцияларының жылу эффектілерін есептеуді қарастырамыз (оттегінің түзілу жылуы нольге тең деп алынады): жүктеу/скачать 420,19 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|