Issiqlik effekti va uning turlari, issiqlik effektining haroratga bog’liqligi Reja

Issiqlik effekti va uning turlari, issiqlik effektining haroratga bog’liqligi

Reja:

1. Termokimyo. Gess qonuni. Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti.

2. Reaksiya issiqlik effektining haroratga bog’liqligi. Kirxgof tenglamasi.

3. Kimyoviy birikmalarning hosil bo’lish issiqligi.

4. Gess qonunidan chiqadigan hulosalar.
Termokimyo. Gess qonuni. Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti.

Kimyoviy jarayonlar, ko`pincha sistemaning ichki energiyasi va ental’piyasi o`zgarishi bilan boradi. Bu vaqtda issiqlik chiqishi yoki issiqlik yutilishi mumkin.

Issiqlik chiqishi bilan boradigan reaksiya ekzotermik reaksiya deb, issiqlik yutilishi bilan boradigan reaksiya esa endotermik reaksiya deb ataladi. Kimyoviy reaksiyalarning issiqlik effektini va uning turli omillar bilan qanday bog’lanishini o`rganadigan fan termokimyodir.

Termokimyoning taraqqiyoti fizik kimyo fanining taraqqiy etishida katta ahamiyatga ega bo`ldi. Termokimyoga rus olimlari M.V Lomonosov va G.I.Gess, fransuz olimlari Lavuaze, Laplas, Bertlo va boshqalar asos solgan.

Termokimyoda(termodinamikaning aksicha) yutilayotgan issiqlik miqdori manfiy (-), chiqayotgan issiqlik miqdori esa musbat (+) ishora bilan ifodalanadi; uni -Q=ΔH yoki Q=-∆H ko`rinishida yoziladi.

Issiqlikni e’tiborga olganda reaksiya quyidagicha yoziladi.

A+B=C + Q ekzotermik reaksiya.

A+B=C - Q endotermik reaksiya.

Reaksiya vaqtida issiqlik chiqishidan (yoki yutilishidan) tashqari, sistema kengayishi uchun ish bajarishi ham mumkin; masalan, xlorid kislotaga ruh ta’sir ettirib, vodorod olishda biz buni yaqqol ko`ramiz;

2HCl+Zn→ZnCl₂ +H↑

Ba’zan reaksiyada issiqlikdan tashqari elektr energiyasi chiqishi mumkin. Agar biz faqat reaksiya issiqligini bilmoqchi bo`lsak, reaksiya vaqtida energiyaning umumiy o`zgarishidan bajarigan ish miqdorini (yoki ajralib chiqqan elektr energiyasini)chiqarib tashlashimiz kerak. Reaksiya vaqtida ajralib chiqadigan yoki yutiladigan maksimal issiqlik reaksiyaning issiqlik effekti deb yuritiladi. Bu issiqlik o`zgarmas bosim yoki o`zgarmas hajmda olinadi.

Kimyoviy reaksiyaning issiqlik effekti j/mol yoki kJ/mol bilan ifodalanadi.

Kimyovoy reaksiyalarning issiqlik effekti koloriya hisobida ham o`lchanadi. Masalan: endoterik reaksiyaga azot va kisloroddan azot (ll) oksidning hosil bo`lish reaksiyasini misol qilib keltirish mumkin.

N₂+ O₂→2NO - 43,2kkal

Har qanday ekzotermik jarayonda reaksiya uchun olingan moddalardan energiya zapasi reaksiya maxsulotlarining energiya zapasidan ortiq bo`ladi. Endotermik jarayonda, aksincha, maxsulotlarning energiya zapasi ko`p bo`ladi, shuning uchun reaksiya vaqtida tashqi muhitdan energiya yutiladi. Shuni ham aytib o`tish kerakki, oddiy moddalarning issiqlik chiqarish bilan birikishi (ekzotermik reaksiya) natijasida hosil bo`lgan birikmalar (masalan,CO<sub>2</sub>,H<sub>2</sub>O) barqarordir, lekin endotermik reaksiya natijasida hosil bo`lgan birikmalar (masalan, CS₂,C₂H₂) ekzotermik birikmalarga qaraganda beqarorroq bo`ladi.

Agar reaksiya vaqtida issiqlikdan tashqari, boshqa xil energiya yutilmasa, yoki ajralib chiqmasa, reaksiyaning issiqlik effekti, energiyaning saqlanish qonuniga muvofiq, reaksiya uchun olingan moddalarning energiya zapasi bilan reaksiya maxsulotlarining energiya zapasi orasidagi ayirmaga teng bo`ladi. Issiqlik noto`liq funksiya bo`lganligidan issiqlik effektining qiymati jarayonning borish sharoitiga bog’liq.

a). Izoxorik (V=const) jarayondagi issiqlik effekti Q_v birinchi bosh qonunning asosiy tenglamasiga muvofiq dQ=dU+PdV va shartimiz bo`yicha V=const, dV=0 bo`lganligidan

dQ_v=dU (2.1)

bo`ladi.

Demak, izoxorik jarayonlarda reaksiyaning issiqlik effekti ichki energiyaning o`zgarishiga teng, U- to`liq funksiya bo`lganligidan; bu holda Q<sub>v</sub> ham to`liq funksiyadir, ya’ni izoxorik jarayonlarda issiqlik effektining qiymati jarayonning borish yo`liga bog’liq emas.

b). Izobarik (P=const) jarayondagi issiqlik effekti:

Q_p=(U₂-U₁)+P(V₂-V₁)=(U₂+PV₂) - (U₁+PV₁)

Agar H=U+PV deb ishoralansa, unda (H- ental’piya deyiladi):

Qp=H₂-H₁=∆H (2.2)

bo`ladi.

U,P,V – holat funksiyasi bo`lganligidan ∆H- ham holat funksiyasi – energiya o`lchamidir. U sistemaning ichki energiyasi bilan hajmiy energiya (PV) lar yig’indisi bo`lib, u sistemaning to`liq energiyasi hisoblanadi. H- izobarik jarayonda sistema energiya zaxirasini o`zgarishini harakterlaydi.

Izoxorik sharoitda boradigan jarayonlarda sistemaning energiya zaxirasi (zapas) ning o`zgarishi ichki energiyaning o`zgarishiga (∆U), izobarik ravishda boradigan jarayonlarda ental’piyaning o`zgarishiga (∆H) teng.

H=U+PV (2.3)

va

∆H=∆U+P∆V (2.4)

Ideal gazlar uchun, P∆V=nRT bo`lganligidan:
∆H=∆U+∆nR∆T (2.5)
Bu yerda – mol’llar soni (reaksiya natijasida o`zgaradi- reaksiya natijasida mol sonlarining ko`payishi yoki kamayishiga qarab musbat yoki manfiy bo`lishi mumkun).

∆n=( ∑n ) _maxs−( ∑n ) _dast

Agar sistema ish bajarsa, dH >dU bo`ladi, agar sistema ustidan ish bajarilsa dH><sub><</sub>O bo`lishi mumkin, shunga ko`ra dH <sup>></sup><sub><</sub>dU bo`ladi. Masalan:

1. 
   reaksiya natijasida molekulalar soni o`zgarmagan reaksiyalarda H₂+I₂=2HI da ∆n=0 ga teng, demak, dH=dU;
   
2. 
   molekulalarning dissotsialanishi reaksiyalarida:
   

PCl₅=Cl₂+PCl₃ ; N₂O₄=2NO₂ kabi reaksiyalarda ∆n>0, demak, dH>dU.

v) 3H₂+N₂=2NH₃ ; 2SO₂+O₂=2SO₃ kabi reaksiyalarda ∆H<0 (manfiy qiymat)gat eng, demak, bu xil reaksiyalarda sistema ustidan ish bajariladi. Shunga ko`ra, ∆H

Rus olimi G.I.Gess 1836 yilda, tajriba asosida, quyidagi qonunni ta’rifladi:

Reaksiyaning issiqlik effekti jarayonning qanday usulda olib borilishiga bog’liq emas, balki faqat reaksiyada ishtirok etuvchi moddalarning boshlang’ich va oxirgi holatiga bog’liqdir.

Ko`mir va kisloroddan ikki usulda karbonat angidrid hosil qilishda bo`ladigan issiqlik effekti bir xil ekanligi misolida Gess qonunini yaqqol ko`rsatish mumkin:

1. 
   C+½O₂=CO+29 kkal
   

CO+½O₂=CO₂+68kkal

2. 
   C+O₂= CO₂+97 kkal
   

Bu tenglamalardan ko`rinib turibdiki, 12 gr ko`mir bilan 16 gr kislorod birikishidan hosil bolgan 28 gr CO 16 gr kislorodda yondiriladimi yoki 12 gr ko`mir 32 gr kislorod bilan to`g`ridan to`g`ri biriktiriladimi, baribir, ikkala usulda ham karbonat angidridning hosil bo;lish issiqligi bir xildir.

Issiqlik yutilishi yoki issiqlik chiqishi bilan boradigan reaksiyalar termokimyiviy reaksiyalar deyiladi. Reaksiya vaqtida yutiladigan yoki ajralib chiqadigan issiqlik miqdori kalorimetr deb ataladigan asbob yordamida o`lchanadi.

Kimyoviy jarayonlarning issiqlik effektlarini aniqlash ishini M.V.Lomonosov boshlab bergan edi. Bu sohani rivojlantirishda N.N.Beketov, V.F.Luginin, I.V.Kablukov va boshqa olimlar juda katta hissa qo`shdilar. G.I.Gess termokimyoning asosiy qonunini kashf etdi.

Lavuaz’e – Laplas qonuni. Bu qonunga muvofiq, ma’lum bir moddaning oddiy moddalarga ajralish issiqligi qiymat jihatidan o`sha moddaning elemetlardan hosil bo’lish issiqligiga teng bo`lib, ishora jihatidan qarama-qarshidir. Bu qonunni Gess qonunining xulosalaridan biri deb qarash mumkin. Masalan: gaz holatidagi 2 gr H₂ 160 gr suyuq Br₂ bilan birikib 2 g –molekula HBr hosil qilganda 16,9 kkal issiqlik chiqadi; 2 g –molekula HBr ni gaz holatidagi H₂ va suyuq Br₂ ga ajratish uchun 16,9 kkal issiqlik sarf qilish lozim. Gess va Lavuaz’e- Laplas qonunlari energiyaning saqlanish qonunining xususiy ko`rinishidir.