Metallurgik jarayonlarning fizik-kimyoviy asoslari

Zarrachalarning tartibli va tartibsiz  

joylashishi bilan entropiya orasidagi bog’lanish 

 

Ko’pchilik jarayonlarda bir vaqtning o’zida ikki hodisa ro’y beradi. 

 

1) Energiyaning bir jismdan ikkinchi jismga o’tish, 

 

2) Modda zarrachalari joylashishidagi tartibning o’zgarishi. 

 

25 

 

Atom,  ion,  molekulalar  betartib  joylashishga  intiladi,  ular  o’z-

o’zicha  tarqaladi,  bir-biridan  uzoqlashadi,  demak,  sistema  tartibliroq 

shakldan (1-holat) tartibsizroq shaklga (2-holat)ga o’tish uchun intiladi. 

Bu vaqtda sistemaning entropiyasi kattalashadi. Uni quyidagi 

ik

tartibsizl

holatdagi

birinchi

ik

tartibsizl

holatdagi

ikkinchi

R

S

  

  

  

  

ln





 

formula bilan topiladi. 

 

Agar kichik hajmga joylashgan modda katta hajmni egallasa, 

hajm

holatdagi

birinchi

hajm

holatdagi

ikkinchi

R

S

  

  

  

  

ln





 

 

Misol: C (ko’mir) + CO

2

 (gaz) ↔ 2CO (gaz) - entropiya ortadi. 

 

3H

2

(gaz) + N

2

(gaz) → 2NH

3

 (gaz) - entropiya kamayadi. 

Savollar 

 

1.  Termodinamikaning  ikkinchi  qonunini  Tomson  qanday 

ta’riflagan? 

 

2. Karno sikli necha qismdan iborat? 

 

3. Mashinaning FIKi deb nimaga aytiladi? 

 

4. Foydali ish qaysi formula bilan ifodalanadi? 

 

5. “Entropiya” deb nimaga aytiladi? 

 

6.  Jismning  holati  o’zgarsa,  unda  qanday  o’zgarish  sodir  bo’ladi? 

Izohlang. 

 

7.  Zarrachalarning  tartibli  va  tartibsiz  joylashishi  bilan  entropiya 

orasidagi bog’lanishni tushuntiring. 

 

8. Moddaning birinchi va ikkinchi holati haqida tushuncha bering.  

 

9.Foydasiz energiya borligini ko’rsatadigan kattalikni tushuntiring. 

 

10.  Qaytmas  jarayonlarda  moddaning  entropiyasi  qaysi  tomonga 

yuradi? 

 

26 

 

6 - ma’ruza 

ERKIN VA BOG’LANGAN ENERGIYA 

Tayanch so’zlar 

 

Funksiya,  kuch,  absolyut  harorat,  maksimal  integral,  suyuqlanish, 

sig’im.  

 

Termodinamikaning 

ikkinchi 

qonuniga 

muvofiq 

jismdagi 

energiyaning bir qismi ishga aylanmaydi, jism ichki energiyasining faqat 

ma’lum  qismi  ishga  aylanishi  mumkin.  Jism  energiyasining  ishga 

aylanishi  mumkin  bo’lgan  qismi  uning  erkin  energiyasi,  ishga  aylana 

olmaydigan qismi esa bog’langan energiyasi deyiladi. Shunday qilib, 

I=F+Q

1 

Bu yerda:  I - jismning ichki energiyasi 

 

 

F -  erkin energiya 

 

 

Q

1

 - boglangan energiya 

 

Sistemadagi  erkin  energiyaning  kamayishi  izotermik  qaytar 

jarayonida hosil bo’lishi mumkin bo’lgan maksimal ishning o’lchovidir. 

Bu  ish  metallurgiyaga  moddalarning  kimyoviy  reaksiyaga  kirishish 

qobiliyati o’lchovidir. 

 

Agar  qaytar  jarayonda  issiqlikni  ishga  aylana  olmaydigan  eng 

kichik miqdorini dq bilan ifodalasak, bu issiqlik bog’langan energiyaga 

teng bo’ladi. 

 

dq=TdS, qaytar jarayonlar uchun ΔS=dq/T. 

 

Agar  bog’langan  energiya  ifodasini  F  ning  birinchi  qonuni 

formulasiga qo’ysak, 

 

dq = dU+dA yoki TdS=dU+dA TdS=dU-d(ΔF) yoki ΔF=ΔU-TΔS 

 

27 

O’zgarmas bosim uchun, 

ΔG=ΔH – TΔS, 

kelib chiqadi. 

 

Bu  tenglama  qaytar  jarayonlar  uchun  termodinamikaning  birinchi 

va ikkinchi qonunlarini birlashgan tenglamasidir. Qaytmas jarayonlarda 

dS=dq/T va TdS=dU+dA tenglamalarni tatbiq etib bo’lmaydi. 

 

Qaytmas jarayonlar uchun termodinamikaning birinchi va ikkinchi 

tenglamasi quyidagi tengsizlik shaklida yoziladi: 

TdS>dU+dA 

Termodinamikaning uchinchi qonuni 

 

Entropiya  va  boshqa  termodinamik  funksiyalarni  absolyut 

qiymatini 

aniqlashda 

termodinamikaning 

uchinchi 

qonunidan 

foydalaniladi. 

 

Nerst  jismlarning  issiqlik  sig’imini  past  haroratlarda  tekshirish 

natijasida (1906 yilda) termodinamikaning uchinchi qonunini ta’rifladi. 

Harorat  absolyut  nolgacha  pasaytirilganda  kimyoviy  jihatdan  bir  jinsli 

har qanday moddaning entropiyasi nolga yaqinlashadi. 

 

Lim S → O termodinamikaning uchinchi qonunidan 

 

T→O  

 

kelib  chiqadigan  xulosa,  jismni  absolyut  nolgacha  sovita  oladigan 

mashina qurish mumkin emas. 

 

Issiqlik  teoremasi:  Absolyut  nolga  yaqin  haroratda  kimyoviy 

reaksiyalarning  issiqlik  effekti  amalda  kimyoviy  jarayonlarning 

maksimal ishiga teng bo’ladi. 

 

Demak,  past  harorat  sharoitida  kimyoviy  reaksiyaning  issiqlik 

effekti kimyoviy moyillik o’lchovi bo’lishi mumkin. 

 

28 

 

gaz 

suyuq 

qattiq 

Q=A 

 

Nerstning  issiqlik  teoremasidan  foydalanib,  entropiyani  absolyut 

qiymatini hisoblash mumkin. 

 

Buning uchun 

 







2

1

T

T

T

dT

Cp

n

S

 tenglamani absolyut noldan integrallanadi 





2

1

T

T

T

dT

Cp

n

S

 

 

Agar  moddaning  suyuqlanish  issiqligi  L  harfi  bilan,  bug’ga 

aylanish  issiqligi  λ  bilan  belgilansa,  1  mol  gazning  T  haroratdan 

absolyut entropiyasini hisoblash mumkin. 

















k

C

g

k

C

T

T

T

T

C

T

dT

T

gaz

Cp

Tk

dT

T

suyuq

Cp

T

L

dT

T

qattiq

Cp

S

.

.

.

0



 

 

Ikkinchi rasmdan ko’rinib turibdiki 

 

 

 

 

 

 

 

2-rasm. Entropiyaning haroratga bog’liqligi.  

 

Tc - qattiq jismning suyuqlanish harorati 

 

Cp - moddaning gaz holatidan issiqlik sig’imi 

 

T

k

 - moddaning qaynash harorati 

Kimyoviy jarayonlarning yo’nalishi 

 

1.  Agar  biror  sistemada  energiya  o’zgarmasa,  ya’ni  sistemaga 

 

29 

tashqaridan  energiya  berilmasa  yoki  sistemadan  energiya  chiqmasa, 

jarayon  faqat  entropiya  ko’payadigan  yo’nalishda  amalga  oshadi,  ΔS 

maksimumga intiladi; 

 

2.  Agar  sistemada  entropiya  o’zgarmasa,  ya’ni  zarrachalarning 

joylashish  tartibi  bir  xilda  qolsa,  jarayon  faqat  energiya  kamayadigan 

yo’nalishda  amalga  oshadi.  O’zgarmas  hajm  va  o’zgarmas  haroratda 

«ichki  energiya»  ΔU  minimumga  intiladi.  O’zmarmas  bosim  va 

o’zgarmas haroratda «entalpiya» ΔU minimumga intiladi; 

 

3.  O’zgarmas  bosim  va  o’zgarmas  haroratda  sodir  bo’ladigan 

kimyoviy  jarayonlardan  bir  vaqtning  o’zida  ham  energiya,  ham 

entropiya 

o’zgarishi 

mumkin. 

Bunday 

hollarda 

reaksiyani 

harakatlantiruvchi umumiy quvvat (kuch) qaysi yo’nalishda minimumga 

intilsa, kimyoviy jarayon ham shu yo’nalishda amalga oshadi; 

 

4.  ΔG=ΔH  -  TΔS  tenglamadan  ma’lumki,  past  haroratlarda  TΔS 

kichik  qiymatga  ega  bo’ladi,  u  holda  ΔG=ΔH  bo’ladi.  Demak,  bu 

sharoitlarda  moddalar  orasida  borishi  mumkin  bo’lgan  jarayonlardan 

eng  ko’p  issiqlik  effektiga  ega  bo’lgan  reaksiyalargina  sodir  bo’lishi 

mumkin.  Bu  yerda  G  -  Gibbs  erkin  energiyasi.  Moddadagi  energiya  va 

entropiyani ifodalovchi kattalik. Agar reaksiya uchun ΔH manfiy bo’lsa, 

reaksiya o’z-o’zicha boradi; 

 

5. Yuqori haroratda  TΔS  hadi katta  qiymatga  ega, u holda ΔH ni 

nazarga olmasak bo’ladi. Reaksiyalar o’z-o’zicha boradi. 

Savollar 

1. 

Termodinamikaning  ikkinchi  qonuniga  muvofiq  jismdagi 

energiyaning bir qismi nima bo’ladi? 

2.  Bog’langan energiya deb nimaga aytiladi? 

 

30 

3.  Maksimal ish deb nimaga aytiladi? 

4. 

Termodinamikaning I va II qonuni umumlashgan formulasini 

yozib tushuntiring. 

5.  Faradeyning III qonunini yozib tushuntiring. 

6.  Kimyoviy jarayonlarda maksimal ish nimaga teng? 

7.  Entropiyaning haroratga bog’liqligini tushuntiring. 

8.  Kimyoviy jarayonlarning yo’nalishi nimalarga bog’liq? 

9.  Past haroratda TΔS qanday qiymatga ega bo’ladi? 

10.  Yuqori haroratlarda TΔS qanday qiymatga ega bo’ladi? 

 

7 - ma’ruza 

KIMYOVIY MUVOZANATLAR 

Tayanch so’zlar 

 

Muvozanat,  reaksion,  barqaror,  konsentratsiya,  proporsional, 

muvozanat.  

 

Qaytar  reaksiyalar  oxirigacha  bormaydi.  Qaytar  reaksiyalarning 

oxirigacha  bormaslik  sababi  bu  yerda  reaksion  aralashma  hosil  bo’ladi 

va  reaksiyalarda  qarama-qarshi  ikki  jarayon  to’g’ri  va  teskari  jarayon 

sodir  bo’ladi.  Bu  jarayonlar  tezliklari  baravarlashganda  reaksion 

aralashmaning  tarkibi  ayni  sharoitda  o’zgarmay  qoladi,  ya’ni  sistema 

kimyoviy muvozanat holatiga keladi. 

 

Qarama-qarshi ikki jarayonning tezligi barobarlashgandek reaksiya 

aralashmaning  tarkibi  uzoq  vaqt  o’zgarmay  qoladigan  barqaror  holat 

kimyoviy muvozanat holati deyiladi. 

 

Reaksiya boradigan muhitning bir jinsli yoki ko’p jinsligiga qarab 

kimyoviy muvozanat gomogen yoki geterogen muvozanatlarda bo’ladi. 

 

31 

 

Gazlarda,  eritmalarda  (cho’kmasi  bo’lmagan  eritmalarda) 

bo’ladigan muvozanatlar gomogen muvozanatdir. Masalan, 

2HJ ↔ H

2

 +J

2

  

N

2

 + 3H

2

↔2NH

3 

CH

3

COOH+C

2

H

5

OH↔CH

3

COOC

2

H

5

+H

2

O 

 

Geterogen  muvozanat  bir  necha  fazadan  iborat  sistemadagi 

reaksiya natijasida qaror topadi. Masalan:  

CaCO

3

↔CaO+CO

2

 

Massalar ta’siri qonuni va muvozanat  

konstantalari 

 

Massalalar  ta’siri  qonuni  ta’rifi:  reaksiya  tezligi  reaksiyaga 

kirishayotgan 

moddalarning 

konsentratsiyalari 

ko’paytmasiga 

proporsionaldir. 

 

Qaytar reaksiyalarni umumiy holda quyidagicha  yozish mumkin: 

 

aA + bB↔mC+nD  

 

to’g’ri reaksiyaning tezligi: 

 

V

1

=K

1

 C 

a

A

*C

b

B

 

 

K

1

 - reaksiyaning tezlik konstantasi; 

 

C

a

 va C

b

 - A va B moddalarning molyar konsentratsiyasi. 

 

Teskari reaksiyaning tezligi, 

 

V

2

 = K

2

 C

c

m

*C

D

n

 ga teng 

 

Kimyoviy muvozanat vaqtida V

1

 = V

2

 yoki 

b

B

a

A

m

C

n

D

C

C

C

C

K

K

*

*

2

1



 

bo’ladi.  

 

Ma’lum  haroratda  K

1

  va  K

2 

o’zgarmas  kattalik  bo’lgani  uchun 

ularning nisbati ham o’zgarmas kattalikdir. 

 

32 

b

B

a

A

m

C

n

D

C

C

C

C

C

yoki

K

K

K

*

*

;

2

1



 

 

K

C

  -  muvozanat  konstantasi,  har  qaysi  reaksiya  uchun  ma’lum 

qiymatga ega bo’lib, faqat harorat o’zgarishi bilan o’zgaradi. 

 

Ma’lumki,  o’zgarmas  harorat  moddaning  parsial  bosimi  uning 

konsentratsiyasiga  proporsional  bo’ladi.  Gaz  muhitda  konsentratsiya 

o’rniga parsial bosimni ishlatib tenglamani yozamiz: 

m

B

a

A

q

D

P

C

P

P

P

P

P

K

*

*



 

 

Kp - parsial bosimlar bilan ifodalangan muvozanat konstantasi. 

Kimyoviy muvozanat belgilari 

 

Kimyoviy muvozanatning uch belgisi bor. 

 

1.  Agar  sistema  ma’lum  bir  sharoitda  kimyoviy  muvozanat 

holatida bo’lsa, vaqt o’tishi bilan uning tarkibi o’zgarmaydi. 

 

2. Agar kimyoviy muvozanatda turgan sistema tashqi ta’sir orqali 

muvozanat  holidan  chiqarilsa,  tashqi  ta’sir  yo’qolganda,  sistema  yana 

muvozanat holatga qaytadi. 

 

3.  Qaytar  reaksiya  mahsulotlarni  o’zaro  reaksiyaga  kiritish  yo’li 

bilan  yoki  olingan  moddalarni  bir-biriga  ta’sir  ettirish  yo’li  bilan 

(qarama-qarshi  ikki  tomondan)  kimyoviy  muvozanat  holatiga  erishish 

mumkin. 

Le - Shatelye prinsipi 

 

Kimyoviy  muvozanatga  konsentratsiya,  bosim  va  haroratning 

ta’siri,  sifat  jihatdan,  1884-yilda  ta’riflangan  umumiy  qoidaga  Le-

Shatelye  prinsipiga  bo’ysunadi.  Le-Shatelye  prinsipi  quyidagicha 

ta’riflanadi. 

 

Kimyoviy muvozanat holatidagi sistemaga tashqaridan ta’sir etilib, 

 

33 

uning  biror  sharoiti  o’zgartirilsa,  sistemada  o’sha  tashqi  ta’sirni 

kamaytirishga intiladigan jarayon kuchayadi. 

 

Kimyoviy  muvozanatga  bosim,  harorat  va  konsentratsiya  ta’sirini 

Le-Shatelye prinsipi asosida ko’rib chiqamiz. 

 

1. Kimyoviy muvozanatga konsentratsiya o’zgarishining ta’siri

 

Kimyoviy  muvozanat  holatidagi  sistemada  moddalardan  birining 

konsentratsiyasi  oshirilsa,  sistemada  mumkin  bo’lgan  reaksiyalardan 

shunday  reaksiya  kuchayadiki,  natijada  konsentratsiyasi  oshirilgan 

modda sarf bo’ladi. Masalan: CO

2

 ↔ CO + H

2

O sistemaga qo’shimcha 

CO

2

 berilsa, sistema CO

2

 ning konsentratsiyasini kamaytirishga intiladi.  

 

CO

2

 + H

2

 → CO + H

2

O tomonga siljiydi.  

 

Agar  CO

2

  ning  miqdori  kamaytirilsa,  CO  +  H

2

O→CO

2

  +  H

2

 

reaksiya tomonga siljiydi. 

 

2. Kimyoviy muvozanatga haroratning ta’siri 

 

Haroratning  ko’tarilishi  endotermik  reaksiyaning  borishiga, 

pasayishi ekzotermik reaksiyaning borishiga yordam beradi. 

 

Kimyoviy  mivozanatdagi  sistemaning  harorati  oshirilganda, 

kimyoviy  muvozanat  harorat  pasayadigan,  ya’ni  issiqlik  yutilishi  bilan 

boradigan  reaksiya  tomonga  siljishi  kerak.  Aksincha  haroratning 

pasayishi,  kimyoviy  muvozanatni  issiqlik  ajralib  chiqadigan  reaksiya 

tomonga siljitadi. Misol. 

2SO

2

 +O

2

 ↔ 3SO

2

 + 46 kkal 

 

Bu  yerda  SO

3

  ning  hosil  bo’lishi  ekzotermik  reaksiya  bo’lganligi 

uchun Le-Shatelye prinsipiga muvofiq harorat oshirilganda SO

3

 ajraladi, 

ya’ni  muvozanat  2SO

2

  +  O

2

  tomon  siljiydi  aksincha  harorat  pasaysa, 

SO

2

 bilan O

2

 birikib, SO

3

 hosil qiladi. Ya’ni muvozanat, 

 

34 

2SO

2

 + O

2

 → 2SO

3

 tomonga siljiydi. 

 

 

 

3. Kimyoviy muvozanatga bosimning ta’siri 

 

Faqat  gaz  moddalar  ishtirok  etadigan  muvozanat  sistemalarda 

bosim  o’zgarishi  bilan  kimyoviy  muvozanat  o’zgaradi.  Le-Shatelye 

prinsipiga  muvofiq,  agar  muvozanat  holatidagi  sistemaning  bosimi 

oshirilsa,  kimyoviy  muvozanat  bosimni  pasaytiradigan  reaktsiya 

tomonga  siljiydi,  aksiicha  bosim  pasaytirilsa,  muvozanat  bosimni 

oshiruvchi reaksiya tomonga siljiydi. 

 

Bosim  oshirilganda  kimyoviy  muvozanat  gazning  oz  sondagi 

molekulalari  hosil  bo’ladigan  reaksiya  tomonga  suriladi;  bosim 

pasaytirilganda  esa  ko’p  sondagi  molekulalar  hosil  bo’ladigan  reaksiya 

tomonga siljiydi. 

Ammiak sintezi 

3H

2

 + N

2

 = 2NH

3

 + 22 kkal 

 

Ammiak  sintezi  fizik-kimyoviy  tekshirishlarning  eng  muhim 

yutuqlaridan  biridir.  Ma’lumki,  past  haroratda  azot  vodorod  bilan 

birikmaydi.  Yuqori  harorat  (katalizator)  ishtirokida  reaksiyani  olib 

borish kerak. Yuqori haroratda ammiak hosil bo’ladi. Ammiakning hosil 

bo’lishida  hajm  kamayadi  va  issiqlik  chiqadi,  demak,  Le-Shatelye 

prinsipiga  muvofiq  bosimning  ortishi  va  haroratning  pasayishi  ammiak 

hosil  bo’lishiga  yordam  beradi.  1913-yildan  boshlab  sanoatda  ammiak 

yuqori  bosimda  azot  bilan  vodoroddan  sintez  qilinadi.  Ammiak  sintezi 

200-300  (ba’zan  1000)  atmosferada  va  500-550

0

C  haroratda  katalizator 

ishtirokida  olib  boriladi.  Shu  tariqa  ammiakdan  azotning  boshqa 

birikmalarini (HNO

3

, azotli o’g’it, portlovchi moddalar) olish mumkin. 

 

35 

Kimyoviy muvozanatga haroratning ta’siri 

 

Harorat  oshganda  kimyoviy  jarayon  issiqlik  yutiladigan  reaksiya 

tomonga  qarab  boradi.  Harorat  o’zgarsa,  muvozanat  konstantasi  ham 

o’zgaradi.  Harorat  o’zgarishi  bilan  muvozanat  konstantasi  o’zgarishi 

orasidagi bog’lanishni aniqlash uchun Gibbs-Gelmgols tenglamasi bilan 

reaksiyaning izotermik tenglamasidan foydalaniladi. 

 

ΔU-ΔF=T

dT

F

d

)

(



 (Gibbs-Gelmgols tenglamasi) 

 

 ΔF=RT LNKc (reaksiyaning izotermik tenglamasi).  

 

Agar  ΔU  ning  kamayishi  reaksiyani  o’zgarmas  hajmdagi  issiqlik 

effektiga teng Qv=-ΔU ekanligi e’tiborga olinsa,  

 

2

RT

Qv

dT

dLnKc



 bu reaksiyaning izoxorik tenglamasi. 

 

Agar reaksiya o’zgarmas bosimda olib borilsa,  

 

;

2

2

RT

H

dT

dLnKv

yoki

RT

Q

dT

dLnK

p

p







 

 

(-Qp=ΔH) bu reaksiyaning izobarik tenglamasi. 

Geterogen sistemalarda bo’ladigan muvozanat 

 

Bir-biridan  chegara  sirtlar  bilan  ajratilgan  geterogen  (ko’p  jinsli) 

moddalar  sistemasida  bo’ladigan  muvozanat  geterogen  muvozanat 

deyiladi.  Domna  pechida  boradigan  jarayon  geterogen  muvozanatga 

misol bo’ladi. 

FeO + CO = Fe + CO

2

 

 

Agar bu reaksiyalar uchun muvozanat konstantalarini topish kerak 

bo’lsa,  FeO  va  Fe  larni  konstanta  ifodasiga  kiritishning  hojati  yo’q; 

shuningdek, bu reaksiyada Δn = O bo’lgani uchun Kc = Kp,  Kp esa: 

CO

CO

p

P

P

K

2



 

 

36 

bo’ladi. Demak, bu sistemada muvozanat holati CO va CO

2

 ning parsial 

bosimiga bog’liq. 

Savollar 

1.  Kimyoviy muvozanat deb nimaga aytiladi? 

2.  Gomogen muvozanat deb nimaga aytiladi? 

 

3. Geterogen muvozanat deb nimaga aytiladi? 

 

4. Massalar ta’siri qonunini tushuntiring. 

5.  Muvozanat konstantasi nima? 

6.  Kimyoviy muvozanat belgilarini tushuntirib bering.  

7.  Le-Shatelye prinsipi. 

8. 

Kimyoviy 

muvozanatga 

konsentratsiyaning 

ta’sirini 

tushuntirib bering.  

9.  Kimyoviy muvozanatga haroratning ta’sirini tushuntirib bering. 

10.  Kimyoviy  muvozanatga  bosimning  ta’sirini  tushuntirib 

bering.  

11.  Ammiak sintezi.