Fizikaviy kimyo

1.2.Termokimyoning asosiy tushunchalari.
Kimyoviy reaktsiyalarning termal ta'sirini o'rganadigan kimyo bo'limi termokimyo deb ataladi. Kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'lganda, ba'zi moddalar molekulalarida atomlar orasidagi kimyoviy bog'lanishlarning yorilishi va boshqa moddalar molekulalarida atomlar orasidagi kimyoviy bog'lanishlarning paydo bo'lishi. Kimyoviy bog'lanishlarning yorilishi energiya sarfi bilan bog'liq va yangi kimyoviy bog'lanishlarning paydo bo'lishi energiya chiqarilishiga olib keladi. Barcha yirtilgan va barcha hosil bo'lgan bog'larning energiya miqdori teng emas, shuning uchun barcha reaktsiyalar bo'shatish yoki energiyani emirish bilan amalga oshiriladi. Energiya tovush to'lqinlari, yorug'lik, kengayish yoki siqish ishi va boshqalar shaklida chiqarilishi yoki so'rilishi mumkin. ko'p hollarda kimyoviy reaksiya energiyasi issiqlik shaklida chiqariladi yoki so'riladi.
Kimyoviy reaksiyaning issiqlik ta'siri:
Kimyoviy reaktsiya vaqtida chiqarilgan yoki so'rilgan issiqlik miqdori reaktsiyaningissiqlik ta'siri – deb ataladi.
Bosim barqarorligi va harorat barqarorligi (p = const, T = const) sharoitida yuzaga keladigan reaktsiyaning issiqlik ta'siri ∆h tizimining entalpiyasi o'zgarishiga teng.
Entalpiya h doimiy bosim ostida issiqlik effekti. Entalpiya hajmi - [kj/mol].
Kimyoviy reaktsiyaning termal ta'siri Q yoki ∆H belgilar bilan belgilanadi va ularning qiymatlari bir xil, ammo belgiga qarama-qarshi:


+Q = –ΔH

Atrof muhitga issiqlik chiqarilishi bilan yuzaga keladigan reaktsiyalar ekzotermik – deb ataladi.

Ular ijobiy issiqlik effekt (Q>>0) va shunga mos ravishda tizimning entalpiya (issiqlik tarkibi) kamayishi (∆H 0) bilan tavsiflanadi va bu termodinamik beqaror moddalarning shakllanishiga olib keladi. Termodinamikadan farqli o'laroq, termokimyada chiqarilgan issiqlik ijobiy hisoblanadi va so'riladi – salbiy. Termokimyadagi issiqlik q bilan belgilanadi. issiqlik o'lchov birligi – j/mol yoki kj/mol. Jarayonning holatiga qarab, isochoric va isobar issiqlik effektlari farqlanadi.
Izoxorik (QV) issiqlik ta'siri ozod yoki doimiy hajmi (V = const) va yakuniy va boshlang'ich holat (T1 = T2) harorati tengligi bilan jarayonida so'riladi issiqlik miqdori, deb ataladi.
Izobar (QR) issiqlik ta'siri doimiy bosim (p = const) va yakuniy va boshlang'ich holat (T1 = T2) haroratining tengligi bilan ushbu jarayon davomida chiqarilgan yoki so'rilgan issiqlik miqdori.
Suyuq va qattiq tizimlar uchun tovush o'zgarishi kichik va Q_P » Q_V ni qabul qilish mumkin. Gazli tizimlar uchun Q_P = Q_V – ∆nRТ
bu erda ∆n – gazsimon reaktsiya ishtirokchilarining mol sonidagi o'zgarish
Barcha holatlarda ichki (kimyoviy) energiyaning bir qismini issiqlik (yoki boshqa turlarga) va aksincha, kimyoviy moddaga aylantirish energiya tejash qonuni va termodinamikaning birinchi qonuniga qat'iy muvofiq amalga oshiriladi.
Termokimyada termokimyoviy tenglamalardan foydalanish odatiy holdir - bu kimyoviy reaktsiyalar tenglamalari bo'lib, unda dastlabki moddalar tenglik chap tomonida va o'ngda – reaktsiya mahsulotlari ortiqcha (yoki minus), issiqlik ta'siri, shuningdek moddalarning agregat holati va ularning Kristal shakllari ko'rsatiladi. Misol uchun,
S_grafit + O₂ = SO_2(g) - 393,77 kj
H₂ + 1/2O₂ = H₂O_(j) - 289,95 kj
C_(olmos) + 2S_(romb) = CS_2(g) - 87,9 kj
Termokimyoviy tenglamalar bilan barcha algebraik harakatlar amalga oshirilishi mumkin: katlama, olib tashlash, ko'paytirish, a'zolarni o'tkazish va h. k.
Ko'pgina kimyoviy va jismoniy jarayonlarning termal ta'siri eksperimental (kalorimetriya) bilan belgilanadi yoki nazariy jihatdan ma'lum kimyoviy birikmalarning issiqlik hosil bo'lishi (parchalanishi) va yonish issiqligidan foydalangan holda hisoblab chiqiladi.
Hosil bo'lgan birikmaning issiqligi kjdagi oddiy moddalardan 1 mol hosil bo'lganda chiqadigan yoki so'rilgan issiqlik miqdori hisoblanadi. Standart sharoitda barqaror holatda bo'lgan oddiy moddalar hosil bo'lishining issiqligi nolga teng. Reaktsiyalarda
K_(TV) + 1/2Cl_2(g) = KS1_(TV) - 442,13 kj
C_(TV) + 1/2N_2(g) + 1/2N_(g) = HCN_(g) - 125,60 kj
issiqlik ta'siri 442,13 kj va -125,60 kj mos ravishda KCl va HCN shakllantirish issiqlik vakili.
Energiya tejash qonuniga muvofiq oddiy moddalarga ajratilgan birikmalarning issiqlik miqdori mutlaq qiymatga teng, ammo belgiga qarama-qarshi, ya'ni KCl uchun parchalanish issiqligi -442,13 kj va HCN uchun +125,60 kj.
Ulanishning hosil bo'lishida issiqlik qancha ko'p bo'lsa, shuning uchun uni ajratish uchun ko'proq issiqlik sarflanishi kerak va bu ulanish normal sharoitda qanchalik kuchli bo'ladi. Kimyoviy jihatdan barqaror va bardoshli moddalar: SiO₂, A1₂O₃, P₂O₅, KCl, NaCl va boshqalar.issiqlik singishi bilan hosil bo'lgan moddalar kam chidamli (masalan, NO, CS₂, C₂H₂, HCN va barcha portlovchi moddalar). Organik birikmalar hosil bo'lishining issiqligi tajriba bilan aniqlanishi mumkin emas. Ular nazariy jihatdan eksperimental tarzda topilgan bu birikmalarning yonish issiqlik qiymatlari bo'yicha hisoblanadi.
Yonish issiqligi kislorod oqimidagi 1 mol moddasining to'liq yonishi bilan chiqarilgan issiqlik deb ataladi. Yonish issiqliklari kalorimetrik o'rnatishda aniqlanadi, uning asosiy qismlari: kislorodli balon, kalorimetrik bomba, suv miqdori va karıştırıcı va ateşleyici elektr qurilma bo'lgan kaloriya o'lchaganini ko'radi.
Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik ta'sirining miqdori ko'plab omillarga bog'liq: reaksiyaga kirishuvchi moddalar tabiati, boshlang'ich va yakuniy moddalarning agregat holati, reaksiya sharoitlari (harorat, bosim, tizim hajmi, kontsentratsiya).
1.3. Termokimyo qonuni.
Termokimyoviy hisob-kitoblarning aksariyati Gess qonuni bo'lgan termokimyoning eng muhim qonuniga asoslanadi. 1840 yildada rus olimi G.I.Gess tomonidan o'rnatilgan ushbu qonun termokimyoning asosiy qonuni deb ataladi.
Ushbu qonunga ko'ra:
kimyoviy reaktsiyaning issiqlik ta'siri faqat moddalarning boshlang'ich va yakuniy holatiga bog'liq va jarayonning oraliq bosqichlariga bog'liq emas.
Misol uchun, uglerod oksidi (IV) uglerod oksidlanish reaktsiya (grafit) issiqlik ta'siri karbonat angidrid uchun (to'g'ridan-to'g'ri uglerod yonishi bilan) bir bosqichda oksidlanish amalga oshiriladi yoki yo'qligini bog'liq emas:
C_(TV) + O2_(g) = CO_2(g), ∆H₁ (1 reaktsiyasi),
yoki reaktsiya uglerod oksidi (II) hosil bo'lishining oraliq bosqichidan o'tadi):
C_(TV) + ½O_2(g) =CO_(g), ∆H₂ (2 reaktsiyasi)
uglerod dioksid keyingi yonish bilan:
CO_(g) + ½O_2(g) =CO_2(g), ∆H₃ (3 reaktsiyasi)
Ushbu o'zgarishlar quyidagi sxema bilan ifodalanishi mumkin: