Химиялық реакциялардың пайда болу шарттары

затын яғни балапан береді. Бұл жүйе мәңгілік емес көп уақыт 1000000 жыл 
өмір сүруі мүмкін. Биоинформацияны сақтауда маңызы өте зор. Тағы да 
мысал келтіретін болсақ, тас және де бидай тұқымы т.б. Ал ашық жүйелер 
сыртқы ортамен затпен де , энергиямен де алмасады. Мысалы, ашық жүйеге 
барлық тірі организмдер жатады. Ашық жүйелер теориясы 20ғасырдың 30- 
жылдарында пайда болған болатын. Ашық жүйе мәңгілік емес, өте ұзақ 
уақыт тұра алмайды, өседі өледі, өзіне ұқсас жүйені туғызады, эволюция 
процесіне түседі, модифицерленеді. Қуатын да затын да береді де алады да. 
Біз 
ашық 
жүйе 
принципін 
ұстануымыз 
керек.Тұйықталған 
термодинамикалық жүйе және оның негізгі қасиеттері. Тұйық жүйе өзгеріссіз 
сыртқы жағдайлар барысында қалыптасуы мүмкін тепе – теңдік күйінде 
делік. Бұл дене термостаттағы температураны өзгертсек, дене біршама 
уақыттан кейін қайтадан қоршаған ортамен тепе- теңдік жағдайына келеді. 
Тұйық жүйедегі тепе- теңдік үрдісі қайтымды болып табылады. Бұл үрдіс 
нәтижесинде қоршаған ортадан ешкандай өзгеріс болмайтын процесте 
шындығында егер үрдіс тепе – тең түрде отсе яғни тепе тең жүйелеудің 
үздіксіз бірізділігі болып табылса онда ол бірізділіктің әр бір нуктесінде, 
жүйедеде ,қоршаған ортада да ешкандай өзгеріс болмайды. Сондай ак бұл 
процесті кері бағыттада жүзеге асыруга болады. Мұның барысында да 
қоршаған ортада ешбір өзгеріс орын алмайды. Осылайша бір температурадан 
екіншісіне көшу барысында квазисстатикалық үдерісте жүйе қабылдаған 
жылу жоспар бойынша осы кайтымды үдерістіің әрбір нуктесинде қоршаған 
ортаға кері бірізділікпен орындалу тиіс. Жабық термодинамикалық жүйе 
және оның негізгі қасиеттері. МысалдарЖабық жүйе де оқшауланған және 
тұйық болып бөлінеді. Егер жүйе өзін қоршаған ортаға энергия бермесе және 
алмаса, онымен зат алмаспаса, онда оны оқшауланған жүйе деп атайды. 
Басқаша айтқанда оқшауланған жүйе өзін қоршаған ортамен энергия және 
зат алмаспайды. Ол табиғатта кездеспейді, модель ретінде қарастырылады. 
Мәңгілік жүйе болады, ал ол биожүйеге жатпайды, өсіп өнбейді 
дамымайды.жүйе өзін қоршаған ортамен тек қана энергия алмаса алатын 
болса, онда оны тұйық жүйе деп атайды. Яғни қуатты береді, затын бермейді. 
Затын беру үшін қуат болу керек. Сондықтан затын бермейді. Мысал ретінде 
бидайды, жұмыртқаны, тасты айтуға болады. Ал жүйе өзін қоршаған ортаға 
энергия берсе және алса, онымен зат алмаса алатын болса ондай жүйені 
ашық жүйе деп атайды. Тірі организм ашық жүйеге жатады. Ал ашық 
жүйелер сыртқы ортамен затпен де , энергиямен де алмасады. Мысалы, ашық 
жүйеге барлық тірі организмдер жатады. Ашық жүйелер теориясы 
20ғасырдың 30- жылдарында пайда болған болатын. Ашық жүйе мәңгілік 
емес, өте ұзақ уақыт тұра алмайды, өседі өледі, өзіне ұқсас жүйені туғызады, 

эволюция процесіне түседі, модифицерленеді. Қуатын да затын да береді де 
алады да. Біз ашық жүйе принципін ұстануымыз керек. Ашық 
термодинамикалық жүйе және оның негізгі қасиеттері. Мысалдар.Ашық 
термодинамикалық жүйе – қоршаған ортамен затпен де, энергиямен де 
алмасады. Ашық термодинамикалық жүйелерге барлық тірі организмдер 
жатады.Қаншама сан алуан түрлі болса да барлық биологиялық жүйелердің 
барлығы ашық термодинамикалық жүйе болғаннан кейін барлығына тән 
ортақ белгілері мен қасиеттері бар. Кез-келген тірі организм, яғни 
биологиялық жүйе қоршаған ортамен зат және энергия алмасады, тыныс 
алады, қоректенеді, көбейеді, өседі, дамиды және белгілі бір уақытқа 
жеткенде өледі.Ашық жүйе мәңгілік емес, өте ұзақ уақыт тұра алмайды, өседі 
өледі, өзіне ұқсас жүйені туғызады, эволюция процесіне түседі, 
модифицерленеді. Қуатын да затын да береді де алады да. Біз ашық жүйе 
принципін ұстануымыз керек. Алған затты шығарып отыру принципі 
орындалу керек. Мысалы: ашық жүйеге барлық тірі организмдер жатады. 
Классикалық термодинамика оқшауландырылған және тұйық жүйелерді 
сипаттаумен айналысады. Ашық жүйелер теориясы 20ғасырдың 30- 
жылдарында пада болды.Термодинамика – энергия мен жұмыстың 
арасындағы байланысты қарастыратын физика ғылымының бір саласы. 
Термодинамиканы 
жылудың 
жалпы 
теориясы 
деп 
те 
атайды.Термодинамикалық жүйе деп кеңістікте белгілі бір көлемге ие 
макроскопиялық денені айтады. Зат және энергия алмасу сипатына 
байланысты ашық, тұйық және оқшауланған болып бөлінеді.Оқшауланған 
термодинамикалық жүйе –қоршаған ортамен затпен де, энергиямен де 
алмаспайды. Бұндай термодинамикалық жүйе табиғатта кездеспейді.Тұйық 
термодинамикалық жүйе – қоршаған ортамен затпен алмаспайды, бірақ 
энергиямен алмасады. Мысалы, жұмыртқа, өсімдік тұқымдары. 
Термодинамиканың 
бірінші 
бастамасы — термодинамикалық 
жүйелер үшін керек энергияның сақталу заңы; бұл заң бойынша жүйеге 
берілетін жылу оның ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы 
күштерге қарсы жұмысына жұмсалады.
Дене күйінің барлық энергиясы - микроскопиялық қозғалысының 
толық түріндегі сыртқы кинетикалық энергиясы Е
к
және салмақ күші өрісі, 
электрлі немесе магнит өрісі жағдайындағы потенциалды энергия Е
n
, 
сонымен қатар, дене бөлшектерінің құрамдық әрекеттері мен қозғалу 
энергиясын жасаушы ішкі энергия U қосындыларынан тұрады. 

Қаралып отырған жылу динамикалық жүйе шамаланса, онда дененің 
орталық салмақтық алмасу жылдамдығы өте аз (С=0), яғни қозғалыссыз 
жұмыстық дене көлемінің өзгеруі туралы сөз болады, сондықтан Е
к
=0. 
Айталық, Е
р
=0 сонымен, бұл жерде толық энергия ішкімен бірдей (E=U), ал 
жүйе 
энергиясының 
өзгеруі 
- 
жұмыстық 
дененің, ішкі 
энергиясының өзгеруіне 
келтіреді. 
Жылу динамикасының бірінші заңына сәйкес, жұмыстық дененің энергиясы 
кезінде, қабылданған жағдайға тиісті кезіндегі жүйенің өтуі 1 бастапқы 
күйінен 2 соңғы мәндеріне артуы, денеге берілген жылулық dQ және мәніне 
келуі dL істелінген жүйе жұмысына тең: dU=dQ-dL немесе әдетте былай жазу 
қабылданған. 
Сыртқы ортамен әрекеттестігі жоқ болғандағы кезінде (dQ=0 және 
dL=0), формуладағы dU=0, яғни жүйе энергиясы өзгеріссіз сақталады. 
Жүйелер қатнасының жекеленген жылулығы үшін, ондағы dQ=0 екені 
белгілі. 
Бұл теңдеу үшін, жылудинамикасының бірінші заңының талдаушы 
тұжырымдалуын көрсетеді, осыған сәйкес жүйеге жеткізілген жылу, 
жүйелердің ішкі энергиясына жұмсалады және жұмыстың атқарылуына 
қарсы денеге түскен сыртқы күш. Олар, қайтымдыға да және сыртқы 
қайтымсыз процесстер үшін де әділетті. Себебі, қабылданған жағдайдағы 
жылу алмасуы кезінде, дене мен орта арасының соңғы температура 
айырмашылығы кезінде, қайтымсыз жылуалмасуына сәйкес келеді. 
Қоршаған ортаның жұмыс жүйесін қарастыралық, сыртқы күштердің 
әрекетінен дене көлемінің өзгеруі жүреді. Механиканың жалпы ережесі 
бойынша, бұл жұмыс денеге түскен күш көбейтіндісімен, оның жылжуын 
анықтайды. Егер күш, бет ауданының элементіне әрекет етсе, ол элемент, 
қысым болады, ал осы элементтің ауданының көбейтіндісінің жылжуы, 
нормалы бағытпен бетке жатып, сол элементтің беттік көлемі болса, онда 
элементарлы жұмыс, қоршаған орта жүйесімен жасалу кезіндегі, 
дене көлемінің шексіз аз өзгеруінің көбейтіндісі ретінде анықталады: 
 
Дене көлемінің өзгеру жұмысы 

Газ жағдайының өзгеру процессін зерттеуде, графикалық әдістер 
(кеңінен пайдаланады) негізінің PV - диаграммасы деп, аталуын кеңінен 
қолданады. 
Дене көлемінің, жұмыстан өзгеруін анықтау жағдайында абцисс өсі 
бойынша, V шамаларын қояды. Мұндай бейнелерді қолдану, әдетте 
піспекті қозғалтқыштардың процессін зерттеу кезінде қолданады, мұндағы 
цилиндр ішіндегі дене көлемінің, піспек жолының жүріп өтуіне, 
пропорционалды болады. 
 Термодинамиканың 
екінші 
заңы 
және 
оның 
қолданылуы. 
Энтропияның есептемесі. Термодинамикалық потенциалдар. 
Белгілі процестер оң, теріс және тепе-теңдік деп үшке бөлінеді. 
Өздігімен жүретін процестер оң процестер деп аталады. Мысалы, жылудың 
жылы денеден салқын денеге ауысуы, заттың қою ерітіндіден сұйық 
ерітіндіге диффузиялануы және осы сияқты термодинамикалық тепе-теңдік 
күйіне жақындайтын процестерді атауға болады. 
Табиғаттағы өздігінен өтетін процестер тек бір бағытта жүреді. 
Олардың бірі – қайтымсыз процестер. Олардың жүруі үшін жұмыс немесе 
энергия жұмсалмайды. Тіпті осындай процестердің көмегімен жұмыс 
жұмсауға немесе энергия алуға болады. 
Оң процестерге қарама-қарсы процестер теріс процестер деп аталады. 
Олардың жүруіне энергия жұмсалуы керек. Теріс процестердің нәтижесінде 
жүйе өзінің тепе-теңдік күйінен алшақтайды. Осы көзқарас бойынша тепе-
теңдік процестер оң және теріс процестердің аралығында өтеді, өйткені олар 
жүйенің тепе-теңдік күй жағдайларының үздіксіз қатары арқылы жүреді. 
Термодинамиканың бірінші заңы берілген процестің оң немесе теріс 
екенін айта алмайды, оның үстіне процестің немесе реакцияның өздігінен 
жүретінін немесе жүрмейтінін де көрсете алмайды. 
Термодинамиканың бірінші заңы жүйеде термодинамикалық тепе-
теңдік орныққанда жүйе қандай параметрлермен сипатталатынын да көрсете 
алмайды. Бұл мәселелерге термодинамиканың екінші заңы жауап береді. 
Термодинамиканың екінші заңынан бұларға қоса физикалық химия, физика, 
және техникада маңызы зор кейбір мәліметтерді алуға мүмкіндік туады. 
Термодинамиканың бірінші заңы сияқты екінші заңының да бірнеше 
анықтамалары бар, олар- өзара бір-біріне эквивалентті. Солардың 

кейбіреулеріне 
тоқтала 
өтейік. 
Клаузиус постулаты: жылу өздігінен салқын денеден ыстық денеге өте 
алмайды, яғни соның нәтижесінде температурасы төмен денеден 
температурасы жоғары денеге жылудың алмасу процесі жүзеге аспайды. 
Томсон постулаты: процеске қатынасатын денелердің ең салқыны жұмыс 
көзі болмайды. 
Осы екі постулатты біріктіріп, мынадай тұжырым жасауға болады: 
цикл нәтижесінде ғана теріс процесс болуы мүмкін емес, теріс процеспен 
қатар оны жүргізуге себепші энергия көзі болып табылатын оң процесте 
жүруі керек. Бұдан сыртқы ортаның жылуын оны тек қана салқындату 
арқылы жұмыстың эквивалентті мөлшеріне айналдыратын периодтық түрде 
жұмыс істейтін машина болуы мүмкін емес деген қорытынды жасай аламыз 
Клаузиус пен Томсон постулаттары дәлелденбейді, олардың 
дұрыстығын тәжірибелер арқылы ғана көруге болады. Өмірде оларды теріске 
шығаратын ешқандай жағдай болған емес. 
Жылу өзгерісін (Q) былай көсетуге болады. 
∂Q = T ∙ dS (18) 
Мұндағы Т – абсолюттік температура, S – жаңа функцияның 
дифференциалы, ал ол функция энтропия деп аталады. Термодинамиканың 
екінші заңының негізгі мазмұны - энтропияның бар екенін растап, оның 
қайтымды процестерінің теңдеуімен (18) анықталуы. Бұл ең алғаш жылудың 
жұмысқа айналатын циклдік процестерін қарастырғанда, яғни жылу 
машиналарының жұмысын талдағанда байқалған болатын (Карно-Клаузиус 
тәсілі). Кейінірек XX ғасырдың басында Каратеодори бір денеде әр түрлі 
жұмыстар жүретін процестердің де энтропиясы болатынын көрсететін басқа 
тәсілдер ұсынды. 
Термодинамиканың бірінші және екінші заңының біріккен теңдеуін 
былай жазуға болады: 
dU= TdS – A (19) 
Жүйедегі ретсіздіктің сандық мәнің энтропия анықтайды, оны S 
әрпімен белгілейміз. Ол арқылы жүйенің макроскопиялық күйін мына 
теңдікпен 
анықтауға 
болады: 
S 
= 
klgW 
(20) 
мұндағы: k – пропорционалдық коэффициент, W- жүйе күінің ықтималдығы. 

Энтропия жүйе қүінің ықтималдығының логарифмдік өрнектелуі 
S = R lgW= 2,303 R lgW (21) 
Мұндағы, R – газ тұрақтысы, W- жүйе күінің ықтималдығы. 
Өте дұрыс құрастырылған кристалдар ең аз энтропияға ие. 
Құрылымында қателіктері бар кристалдың энтропиясы абсолютті нөлде 
бірнеше шамаға көп, себебі өте дырыс құрылымды бірнеше жолмен бұзуға 
болады. Температураның жоғарлауымен энтропия өседі, себебі бөлшектердің 
қозғалысының жылдамдығы артады, сондықтан олардың орналасу күйінің 
саны өседі. Заттың кристал күйден сұйық күйге және сұйық күйден газ 
күйіне өткенде энтропия жоғарлайды. Химиялық реакция кезінде энтропия 
өзгереді. Молекулалар санының өзгерісіне әкелетін реакциялар кезінде 
энтропия өзгерісі өте жоғары: газ молекулаларының санының артуы 
энтропияның азаюына әкеледі. 
Ішкі энергия және энтальпия сияқты энтропия да жүйенің күйіне 
тәуелді. Бірақ осы екі функциядан айырмашылығы жылу мен энтропия 
өзгерісінің байланысы процестің жүру тәсіліне, яғни оның жылдамдығына 
тәуелді. 
Айтылғандай кез келген процесте жылу мен істелінген жұмыс 
арасындағы айырмашылық әр түрлі болуы мүмкін. Осы шамалардың 
айырмашылығы жүйенің ішкі энергиясының өзгерісіне тең процестің жүру 
жолына тәуелді емес. Процесс тез жүрсе жұмыс аз болады, ал баяу жүрсе 
жұмыс артады. Процесті өте баяу жүргізіп, яғни өте баяу қадамдармен тепе-
теңдіктің бір күйінен келесі күйге өткізгенде жұмыс максималды мәніне ие 
болады. Термодинамикалық процестер қайтымды немесе қайтымсыз деп 
аталады. 
Егер процесс қайтымды болса және тұрақты температурада 
(изотермиялық) жүрсе, онда энтропияның өзгерісі жылу сіңіру теңдігімен 
байланысты: 
S = Q
/T (22) 
мүндағы: Q
– қайтымды изотермиялық процесте жүйенің сіңірген 
жылу мөлшері; Т – абсолютті температура. 

Температурасы төмендеген сайын белгілі бір мөлшерде жылуды 
сіңірген жүйенің энтропиясы өседі. Оны біз соңғы теңдіктен көре аламыз. 
Осы теңдіктің көмегімен, мысалы, тұрақты қысымдағы және заттардың 
қайнауындағы энтропияның өзгерісін анықтауға болады. 
Энтропияның өлшем бірлігі – энергияның температураға қатынасы, 
Дж/К. 
Тенденцияның ішкі энергиясының азаюына және жүйенің ықтимал 
күйіне жетуіне әсер ететіндей, термодинамикада реакцияның жүру бағытына 
әсер ететін функцияларды енгізуге болады. Кез келген реакцияда осындай 
функцияның таңбасының өзгерісі реакцияның өзгерісі мен жүру 
ықтималдығының критериясы болады. Тұрақты қысымда, яғни изотермиялық 
реакцияда жүретін ондай функция Гиббс энергиясы G болады. Ол изобара-
изотермиялық потенциал, изобарлық потенциал немесе тұрақты қысымдағы 
бос энергия деп те аталады. 
Гиббс энергиясы, энтальпия, энтропия және температурамен 
байланысты: 
G 
= 
H 
– 
TS 
(22) 
Егер реакция тұрақты қысымда және температурада жүрсе (процесс изобара 
–изотермиялық деп аталады), онда осы реакциядағы Гиббс энергиясының 
өзгерісі 
мынаған 
тең: 
G 
= 
H 
– 
T
S 
(23) 
Қайтымды және изотермиялық процесс кезінде G осы процесс кезінде жүйе 
істейтін 
максималды 
пайдалы 
жұмысқа 
тең. 
G 
= 
– 
А
Пайдалы жұмыс деп процесс кезінде барлық жасалған жұмысты айтады. 
Осыдан, тұрақты температура мен қысымда реакция өздігімен Гиббс 
энергиясы азайған жаққа жүреді. Себебі: 
G қарама-қарсы таңбамен 
алынған процестегі пайдалы жұмысқа тең, өзгеше: 
Егер реакция энергиясымен пайдалы жұмыс жасау мүмкін болса, онда 
ол реакция өз бетімен жүре алады. 
Төмен және жоғары температурадағы реакцияның бағытын анықтау 
үшін Гиббс энергиясын өлшеуге шамаланған теңдікті қолдануға болады. 
Төмен температурада T көбейткіш аз және T S абсолют мәні де аз. Бұл 
жағдайда жылу эффектісі бар реакцияда | H | >> | T S |. Онда 

G = H – T S 
T S – өте аз болғандықтан: 
G 
H 
Жеткілікті жоғары температурада ( Т көбейткіш көп болған жағдайда ) 
керісінше: 
|
H 
| 
<< 
| 
T
S 
| 
Бұдан 
H 
мәні 
аз 
болғандықтан: 
G 
– 
T
S 
Бұл жуықтап алынған теңдіктер төмен температурадағы реакцияның 
өздігімен жүру бағытының критериясын, яғни реакцияның жылу эффектісін, 
ал жоғары температурада энтропия өзгерісін көрсетеді, яғни бұл деген төмен 
температурада өздігімен экзотермиялық реакция жүре алады, ал жоғары 
температурада энтропиясы артқан реакциялар жүреді. 
Кез келген реакцияның 
G теріс таңбасы осы реакцияның жүру 
ықтималдығын көрсетеді. Шынында, мұнда реакция байқалмауы мүмкін. 
Себебі оның жылдамдығы жеткіліксіз болуы мүмкін, онда шарттың G < 0 
орындалуына қарамастан реакция жүрмейді. Сонда реакция жылдамдығын 
арттыру 
үшін 
катализатор 
керек. 
Энтропияның өзгеруін есептеу 
Энтропияның өзгеруіне қажетті екі түрлі есеп болуы мүмкін. 
1.Өздігінен жүретін процесс бола ма деген сұраққа жауап беретін 
есептер. Оқшаулық жүйеде энтропияның өзгеруін жүйенің бастапқы және 
соңғы 
жағдайдағы 
энтропияларының 
айырмасы 
ретінде 
табады: 
∆S= 
S
соңғы
- 
S
баст
Егер ∆S > 0 болса, онда процесс өздігінен жүретін болғаны; 
егер ∆S ≤ 0 болса, онда процесс жүрмейді. 
Оқшауланбаған жүйеде энтропияның жалпы өзгеруі (∆S
Ж
) жүйе 
энтропиясының өзгеруінен (∆S
Ж
) және жылу көзінен (∆S
Ж.Қ.
) тұрады: 
∆S
Ж
=∆S
жүйе
+∆S
Ж.Қ.
Бақылау сұрақтары: 
1. 
Термодинамиканың бірінші заңы нені зерттейді? 

2. 
Термодинамикалық есептеу жолдарын көрсет? 
3. 
Термодинамиканың екінші заңы нені зерттейді? 

жүктеу/скачать 3,67 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: