Kimyoviy termodinamikaning birinchi qonuni

ICHKI ENERGIYA VA ENTALPIYA
Turli xil termodinamikaviy jarayonlarda jism ichidagi energiya o’zgarishlari uning ichki energiyasining o’zgarishi bilan bog’lab tushuntiriladi. Ichki energiya moddaning to’liq zapas energiyasini ifodalaydi. Ichki energiya harakatlanayotgan molekulalarning kinetikaviy energiyasi, ularning potentsial energiyasi, elektronlar energiyasi, atom yadrolari energiyasi va nur energiyasining yig’indisidan iborat, lekin bunga umuman jismning kinetikaviy energiyasi va jism holatining potentsial energiyasi kirmaydi. Ichki energiya moddaning tabiati va miqdoriga, shuningdek, uning mavjud bo’lish sharoitlariga bog’liq. Ichki energiya odatda U harfi bilan ifodalanadi. Kimyoviy jarayonlarda ichki energiyaning hammasi to’liq namoyon bo’lmaydi, shuning uchun bir real jarayonlarda ichki energiya zaxirasining o’zgarishinigina o’rganamiz. Ichki energiya jismning holati bilan aniqlanadi, ya‘ni u holat funktsiyasidir, shu jihatdan u ish bilan issiqlikdan farqlanadi. Ish bilan issiqlik jarayoning qanday o’tganligiga bog’liq, ichki energiyaning o’zgarshi esa moddaning bir holatdan ikkinchi holatga qanday yo’l bilan o’tganligidan qat‘iy nazar ana shu holatlarning o’ziga bog’liq. Masalan, moddaning boshlang’ich holatida ichki energiyasi U₁, oxirgi holatida U₂ bo’lsa, ichki energiyaning o’zgarishi
ΔU = U₂ – U₁ bo’ladi.
SHunday qilib, moddaning har qaysi holatiga muayyan ichki energiya muvofiq keladi.
Sistema bir holatdan ikkinchi holatga o’tganda uning ichki energiyasi ortishi yoki kamayishi mumkin, shunga ko’ra ichki energiyaning o’zgarishi ΔU musbat yoki manfiy ishorali bo’ladi. ΔU musbat bo’lsa sistemaga issiqlik yutilgan, manfiy bo’lsa sistemadan issiqlik olingan deyiladi.


4. TERMODINAMIKANING BIRINCHI QONUNI.
ASOSIY TUSHUNCHALAR
Birinchi qonun 1842 yilda nemis olimi R. Meyer tomonidan kashf etilgan va ta‘riflangan.
Termodinamikaning birinchi qonuni energiyaning saqlanish qonunining xususiy holi bo’lib, energiya va issiqlik tarzida bir – biriga aylanadigan jarayonlarda energiyaning o’zgarishini ifodalaydi.
Energiyaning saqlanish qonuni termodinamikaviy sistemalarga tatbiq qilinsa shunday ifodalanadi: izolyatsiyalangan sistemaning energiyasi o’zgarmaydi, faqat ekvivalent nisbatlarda bir turdan ikkinchi turga aylanishi mumkin.
Termodinamikaning birinchi qonuni matematikaviy tarzda qo’yidagicha ifodalanadi:
Q = ΔU + A yoki ΔU = Q – A ya‘ni
Har qanday jarayonda sistemaga berilgan issiqlik (Q) ichki energiyaning o’zgarishiga (ΔU) va tashqi kuchlarga qarshi ish (A) bajarishga sarflanadi yoki har qanday jarayonda sistema ichki energiyasining o’zgarishi sistemaga berilgan issiqlik bilan sistemaning bajargan ishi orasidagi ayirmaga teng.
Termodinamikaning birinchi qonunidan muhim xulosa kelib chiqadi: issiqlik sarflamay turib ish bajarib bo’lmaydi. Bu qonunning boshqacha ta‘rifi ham bor: izolyatsiyalangan sistemada barcha turdagi energiyalar yig’indisi o’zgarmas miqdordir.
Bir – biri bilan o’zaro ta‘sirlashib turadigan, atrof muhitdan fikran ajratilgan jismlar guruhi yoki alohida jism sistema deyiladi. Ichida ajralish sirti bo’lmagan va hamma nuqtalaridagi xossalari o’zaro farq qilmaydigan sistema gomogen, ichida ajralish sirti bo’lgan sistema esa geterogen sistema deyiladi. Masalan, suyuq suv va muzdan iborat sistema geterogen sistema bo’ladi, chunki u ikki fazadan – muz (qattiq) va suvdan (suyuq faza) tarkib topgan. Gomogen sistema faqat bitta fazadan iborat bo’ladi (havo, sut va hokazo). Tashqi muhit bilan modda va energiya almashina olmaydigan va hajmi o’zgarmaydigan sistema izolyatsiyalangan sistema deb qaraladi.
O’zgarmas hajmda boradigan jarayonlar izoxorik jarayon, o’zgarmas bosimdagisi izobarik, o’zgarmas haroratda boradiganlari izotermik jarayon deyiladi. Jarayon vaqtida sistema tashqi muhit bilan issiqlik almashinmasa, bunday jarayon adiabatik jarayon deyiladi. Izoxorik jarayonda boshqa har qanday termodinamikaviy jarayonda energiyaning bir qismi kengayish ishiga sarflanadi.
Izobarik jarayonlarni harakterlash uchun entalpiya (H) degan funktsiya kiritilgan.
H = U + PV
Bunday jarayonlarda berilgan issiqlik ichki energiyaning o’zgarishi bilan kengayish ishiga sarflanadi. Entalpiya ham ichki energiya kabi holat funktsiyasidir, uning o’zgarishi sistemaning faqat boshlang’ich va oxirgi holatlariga bog’liq. Demak, ichki energiya va entalpiyaning qiymati qanday o’zgarishiga qarab sistemaning kimyoviy energiyasi ortadi yoki kamayadi.