Kimyоviy jarayоnlar enеrgеtikasi

2. TERMODINAMIKANING BIRINCHI BOSH QONUNI.

Bu qonuga muvofiq, alohida olingan sistemada energiyaning umumiy miqdori o’zgarmaydi, energiya yuqolib ketmaydi va yo’qdan bor bo’lmaydi. Bu asosiy qonunni birinchi marta 1748 yilda M.V.Lomonosov bayon etgan edi. So’ngra 1842 yilda R.Meyer ta‘rifladi. XIX asrning o’rtalarida mexanikaviy ishning issiqlikka va issiqlikning mexanikaviy ishga aylanishi ustida olib borilgan juda aniq tajribalar va ularning natijalari hamda undan keyingi tekshirishlar mexanikaviy energiya issiqlikka aylanishi mumkinligini ko’rsatdi.

Gelmgolts 1847 yilda «energiyaning saqlanish printsipi»ni umumiy tarzda ta‘riflanadi. Alohida olingan (izolyatsiyalangan) sistemaning umumiy energiyasi doim o’egarmas qiymatga ega bo’ladi. U yo’qdan bor bo’lmaydi va yo’qolib ham ketmaydi.
Termodinamikaning birinchi qonuniga binoan, yo’qdan energiya olib abadiy ishlaydigan mashina (birinchi xil abadiy dvigatel) ko’rib bo’lmaydi.
SHu vaqtgacha termodinamikaning birinchi qonuniga zid keladigan
birorta ham faqat uchramagan. Atom yadrosida bo’ladigan jarayonlar ham termodinamikaning birinchi qonuniga zid kelmaydi. Hozirgi zamon nisbiylik nazariyasiga muvofiq, energiya materiyaning mavjudlik shaklidir. Atom yadrolari orasida bo’ladigan reaktsiyalarda juda ko’p energiya chiqishining sababi shuki, bu jarayonlar massasi kamayadi. (massa defekti sodir bo’ladi).
Har qanday jismda ma‘lum energiya zapasi bo’ladi. Jismda bo’lgan barcha energiya zapasi jismning umumiy energiya deyiladi.
Kimyoviy termodinamikada sistemaning ichki energiyasi degan tushuncha kiritiladi. Sistemaning ichki energiyasi uning umumiy energiya zapasi bilan o’lchanadi, sistemaning kinetik va potentsial energiyasigina hisobga olinmaydi, demak sistemaning ichki energiyasi undagi molekulalarning o’zaro tortilish va itarilish energiyasi, ilgarilama harakat energiyasi, aylanma harakat energiyasi, atomlarda elektronlarning aylanish energiyasi atom yadrosida bo’lgan energiya va hokazo energiyalar yig’indisiga teng. Ichki energiya sistema holatini harakterlaydi. Sistemaning ichki energiyasi moddalarning xiliga, ularning miqdoriga, bosim, temperatura va hajmiga bog’lik. Odatda ichki energiya U harfi bilan belgilanadi. Jismdagi ichki energiyaning muallaq miqdorini o’lchab bo’lmaydi; masalan, kislorod yoki vodorod molekulasi ichki energiyasining umumiy miqdorini bilib bo’lmaydi, chunki modda har qancha o’zgarmasin u energiyasiz bo’la olmaydi. Shuning uchun amalda jismning holati o’zgargan vaqtda ichki energiyaning kamayishi yoki ko’payishinigina aniqlanadi. Masalan, 2 hajm vodorod bilan 1 hajm kislorod aralashmasining ichki energiyasini U1 bilan ifodalanadi. Aralashmani elektr uchquni yordamida portlatib, suv bug’i hosil qilinsa, uning ichki energiyasini U2 bilan belgilanadi. Sistemada ichki energiya U1 dan U2 ga o’zgarsa,

bo’ladi. - ichki energiyaning o’zgarishi, uning qiymati faqat U₁ va U₂ ga, ya‘ni sistemaning dastlabki va oxirgi holatiga bog’lik, ammo sistema bir holatdan ikkinchi holatga qay usulda o’tganiga bog’lik emas.
Masalan, ma‘lum sistema qizdirilsa, unga berilgan issiqlikni bilan belgilanadi. Termodinamikaning birinchi qonuniga binoan, sistema issiqlikni yutib, o’zining ichki energiyasini ko’paytiradi va tashqi kuchlarga qarshi ish bajaradi.
Agar bu ishni bilan ifodalansa, u holda termodinamikaning birinchi qonuni uchun tubandagi matematik ifoda hosil bo’ladi:





Demak, sistemaga berilgan issiqlik uning ichki energiyasining o’zgarishiga va tashqi kuchlarga qarshi ish bajarishga sarf bo’ladi.

3. GESS QONUNI.

Reaktsiya issiqlik effektining jarayon bosib o’tgan yo’liga bog’liq emasligini 1836 yilda Rossiya olimi G.I.Gess tajribada aniklagan. Gess qonuniga ko’ra, kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effekti reaktsiyada ishtirok etadigan moddalarning boshlang’ich va oxirgi holatlarigagina bog’lik, lekin boshlang’ich holatdan oxirgi holatga qanday yo’l bilan o’tilganiga bog’lik emas. Masalan, uglerod kislorodda yondirilganda karbonat angidrid ikki xil yo’l bilan hosil bo’lishi mumkin:
1) C+ O₂ = CO₂ + Q
2) C + O₂ = CO + Q₁

CO + O₂ = CO + Q₂

Gess qonuniga ko’ra Q = Q₁ + Q_2.
Moddalar o’zaro reaktsiyaga kirishib boshqa moddalarga aylanishida qancha issiqlik chiqishi yoki yutilishini aniqlash uchun Gess qonuniga ko’ra, boshlang’ich va oxirgi moddalarning hosil bo’lish issiqligini bilish kerak. Masalan : СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О + Q
Reaktsiyada moddalarning elementlardan hosil bo’lish issiqliklari quyidagicha:
С + 2 Н₂ = СН₄ + 74,555 кЖ
С + О₂ = СО₂ + 393,768 кЖ
2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + 2 ∙ 285,96
Reaktsiyaning issiqlik effekti :
Q = Q + Q – Q = 890,951 кЖ
Demak, Gess qonuniga ko’ra, reaktsiyaning issiqlik effekti reaktsiya mahsulotlarining hosil bo’lish issiqliklari yig’indisi bilan dastlabki moddalarning hosil bo’lish issiqliklari yig’indisi orasidagi ayirmaga teng.