Analitik, fizik-kolloid va biologik kimyo

Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effektlari

Kimyoviy reaktsiyalar energetik effektlar bilan kuzatiladi, ya’ni energiyaning chiqishi yoki yutilishi sodir bo’ladi.

Issiqlikning ajralib chiqishi bilan sodir bo’ladigan reaktsiyalar ekzotermik (grekcha “ekzo”-“tashqariga”) reaktsiyalar deyiladi.

Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effektlarini kimyoning maxsus bo’limi termokimyo o’rganadi.

Issiqlikni yutilishi bilan sodir bo’ladigan reaktsiyalar endotermik (grekcha “endo”-“ichkariga”) reaktsiyalar deyiladi.

Kimyoviy jarayonlarda nafaqat issiqlikni chiqishi yoki yutilishi, balki boshqa turdagi energiyalar: elektrik, yorug’lik, mexanik va h.k lar chiqishi mumkin.

Masalan galvanik elementlarda elektr energiyasi chiqadi, moddalarning elektrolizida esa u yutiladi. Fosforning nurlanishida yorug’lik energiyasining chiqishi kuzatiladi (xemilyuminestsentsiya), fotomateriallarda esa yorug’lik energiyasining yutilishi natijasida kumush tuzlari parchalanadi, portlash reaktsiyalarida esa juda katta mexanik energiya ajralib chiqadi (albatta avval portlovchi moddaga mexanik ta’sir ettiriladi). Kimyoviy jarayonlarning borishida yutiladigan yoki ajralib chiqadigan har xil energiya turlari issiqlik energiyasiga aylantirib hisoblanadi va uning miqdori kilojoullarda ifodalanadi (kJ). Kimyoviy reaktsiyaning issiqlik effekti qiymati moddaning bir moli reaktsiyaga kirishganda qancha issiqlik chiqishi yoki yutilishi bilan ifodalanadi. Reaktsiyalarning issiqlik effekti maxsus asbob kalorimetrlar yordamida o’lchanadi.

Issiqlik effekti qiymati ayni reaktsiya borayotgan sharoitlar temperatura va bosimga bog’liq bo’ladi. Shu sababli termokimyoda reaktsiyaning issiqlik effekti qiymati standart sharoitda (standart sharoit deb, T=298⁰K (t=25⁰S), P=101,325 kPa yoki P=1 atm qabul qilingan) hisoblanadi va reaktsiyada moddalarning agregat holatlari ko’rsatiladi. Agar kristall modda polimorf bo’lsa, uning kristallik modifikatsiyasi ko’rsatiladi:

Masalan, C_grafit+O₂(r)=CO₂(g)-393,6 kJ/mol.

Kimyoviy reaktsiyalar natijasida ajralib chiqqan yoki yutilgan issiqlik miqdorlari ko’rsatilgan tenglamalarga termokimyoviy tenglamalar deyiladi.

Termokimyoviy tenglamalarda moddalar alohida molekulalar (atomlar) holida emas, balki mol modda hisobida koeffitsientlar qo’yilgani uchun termokimyoda kasr sondagi koeffitsientlardan ham foydalaniladi.

Masalan, C_gr+1/2O₂=CO-110,5 kJ/mol.

Kimyoviy termodinamika issiqlik effektlarini yuzaga kelishini quyidagicha tushuntiradi.

O’zgarmas bosimda (P=sonst) jarayonning issiqlik effekti entalpiya o’zgarishiga (–QP=∆H), o’zgarmas hajmda esa (V=const) ichki energiyaning o’zgarishiga (–QP=∆U) teng bo’ladi.

Shuni qayd qilish lozimki, termokimyoviy tenglamalarda ekzotermik jarayonda issiqlik effekti musbat (+Q), endotermik jarayonlarda manfiy

(-Q) deb qo’yiladi.

Termodinamik hisoblarda esa aksincha, issiqlikning chiqishi, sistemaning energiya yo’qotishi, manfiy (∆H<0 va ∆U<0) va energiyaning yutilishi esa musbat (∆H>0 va ∆U>0) bo’ladi.

Standart sharoitda oddiy moddalardan 1mol modda hosil bo’lishidagi reaktsiyaning issiqlik effektiga (∆H⁰) ayni moddaning hosil bo’lish issiqligi deyiladi.

Masalan, C_gr+O₂(g)=CO₂(g); kJ/mol yoki -94,03 kkal/mol

Ca(g) +1/2O₂(g)=CaO(g), 158 kkal/mol

1/2H₂(g)+1/2I₂(g)=HI(g), 6,2 kkal/mol

Hosil bo’lish issiqligi ishorasi va son qiymati ayni moddaning barqaror yoki beqarorligini bildiradi. Agar moddaning hosil bo’lish issiqlik qiymati qanchalik katta va ishorasi minus bo’lsa (∆H⁰<0) ayni modda shunchalik barqaror bo’ladi, ular orasidagi bog’ni uzish uchun shunchalik katta energiya talab qilinadi.

Oddiy moddalarning standart sharoitdagi hosil bo’lish issiqliklari nolga teng deb qabul qilinadi.

Termokimyoning asosiy qonuni G.I.Gess qonunidir (1840 y): ”Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effekti moddalarning dastlabki va oxirgi holatlariga bog’liq bo’lib, jarayonning oraliq bosqichlariga bog’liq emas”.

Gess qonunidan, kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effekti reaktsiya mahsulotlari va dastlabki moddalar hosil bo’lishi issiqliklari yig’indilarining ayirmasiga teng:

bu erda reaktsiya mahsulotlari yig’indisi; dastlabki moddalar ental’piyalari yig’indisi; m va n reaktsiya tenglamasidagi har bir moddaning mollar soni yoki istalgan kimyoviy reaktsiyaning issiqlik effekti.

Yoki istalgan kimyoviy reaktsiyaning issiqligi:

tenglamasi asosida hisoblanadi.

Misol: Atsetilenning yonish issiqligini, C₂H₂, CO₂ va H₂O larning hosil bo’lish issiqliklarini bilgan holda hisoblash mumkin.

C₂H₂(g)+2,5O₂→2CO₂+H₂O

⁹