|
2.2. Kimyoviy termodinamika asoslari
Kimyoviy termodinamika — fizik kimyoning bo‗limidir. Unda kimyo
sohasidagi termodinamik hodisalar, shuningdek, moddalar termodinamik
xossalarining ularning tarkibi va agregat holatiga bog‗liqligi kо‗rib o‗tiladi.
Asosiy tushunchalar va tavsiflar. Termodinamika o‗rganadigan obyekt
termodinamik sistema bo‗lib, u modda va energiya bilan almashinib, bir-biri hamda
boshqa jismlar bilan o‗zaro ta‘sirlashadigan fazalar, moddalar (fizik jismlar)
majmuyidan iborat.
Izolatsiyalangan, berk va ochiq sistemalar mavjud. Izolatsiyalangan sistema
tashqi muhit bilan energiyasi bilan ham, massasi bilan ham almashinmaydi, berk
sistema faqat energiyasi bilan, ochiq sistema energiyasi bilan ham, massasi bilan
ham almashinadi. Klassik termo- dinamika berk sistemalarni o‗rganadi.
Sistema tarkibidagi fazalar va komponentlarning xossalari ekstensiv hamda
intensiv xossalarga bo‗linadi. Ekstensiv xossalar addetivlikka (masalan, massa va
hajm) ega. Alohida qismlar massalarining (hajmlarining) yig‗indisi butun jism
massasi (hajmi) ga teng. Intensiv xossalar (masalan, bosim va temperatura) har bir
nuqtada ma‘lum qiymatga ega bo‗ladi. Ular sistemaning termodinamik parametrlari
deb ataladi.
Sistemalarda sodir bo‗ladigan jarayonlar o‗zgarmas temperaturada sodir
65
bo‗ladigan izotermik, o‗zgarmas hajmda sodir bo‗ladigan izoxorik va o‗zgarmas
bosimda sodir bo‗ladigan izobarik yoki izobar jarayonlarga bo‗linadi. Bundan
tashqari, izolatsiyalangan sistemalarda adiabatik jarayonlar sodir bo‗ladi, bunda
sistema bilan atrofdagi muhit orasida issiqlik almashinish istisno qilinadi.
Barcha jarayonlarda termodinamikaning uchta asosiy qonuniga rioya qilinadi.
Bu qonunlar termik jarayonlarga tatbiqan tabiat qonunlarini ifodalaydi.
Termodinamikaning birinchi qonuni
Faqat issiqlik va ishni bevosita o‗lchash mumkin. Moddaning ichki energiyasi
esa uning holatiga, ya‘ni temperatura, bosim va hokazolarga bog‗liq. Agar
izolatsiyalangan jism ustida ish bajarilayotgan bo‗lsa, u holda uning ichki energiyasi
bajarilgan ishga teng kattalikka o‗zgaradi. Jism temperaturasining xuddi shunday
o‗zgarishiga ancha qizdirilgan jism uzatadigan issiqlik sabab bo‗lishi mumkin.
Termodinamikaning birinchi qonuni issiqlik jarayonlari jiddiy rol o‗ynaydigan
sistemalar uchun energiyaning saqlanish qonunini ifodalashdan iborat. Bu qonunga
muvoflq energiya bir shakldan boshqasiga aylanishi mumkin, lekin vujudga kelishi
yoki yo‗q bo‗lishi mumkin emas. Izolatsiyalangan sistemaning to‗la energiyasi
o‗zgarmasdir, ya‘ni:
Q + U+ A = const,
(2.4)
bu yerda: Q — keltirilgan issiqlik miqdori, J; U — jami ichki energiya, J; A —
bajarilgan ish miqdori, J.
(2.4) tenglama faqat izolatsiyalangan sistemalar uchun o‗rinlidir. Tabiat
hodisalari yoki texnik jarayonlarni termodinamik analiz qilish uchun jismlar ichki
energiyasi zaxirasining absolut kattaligini bilish zaruriyati yo‗q, chunki mazkur
holda bu funksiyaning o‗zgarishigina ahamiyatga ega. Funksiyaning o‗zgarishi ish
va issiqlik effektining bevosita o‗lchab bo‗ladigan kattaligi bo‗yicha aniqlanishi
mumkin [2, 3].
Reaksiyaning issiqlik effekti, ya‘ni ajralib chiqqan yoki yutilgan issiqlik miqdori
66
sistemaning e n t a l p i y a (H) deb ataluvchi to‗la energiyasining o‗zgarishiga teng.
Entalpiya ish va issiqlik birliklari, ya‘ni joullarda o‗lchanadi.
Shunday qilib, issiqlik effekti Q ga teng bo‗lgan istalgan reaksiya uchun
quyidagini yozish mumkin:
ΔH = ΔU + ΔA
(2.5)
(2.4) va (2.5) larni taqqoslashdan ko‗rinib turibdiki, reaksiyaning issiqlik effekti
va sistema entalpiyasining o‗zgarishi qarama- qarshi ishoraga ega:
Q = -ΔH
(2.6)
Shu sababdan, metallning (Me) issiqlik ajralib sodir bo‗ladigan oksidlanish
reaksiyasini ikki usulda yozish mumkin:
Me +
O
2
= MeO + Q,
(2.7)
Me +
O
2
= MeO - ΔH, (2.8)
(2.7) ifoda reaksiya vaqtida issiqlik ajralib chiqishini, (2.8) ifoda esa sistemaning
jami energiyasi, ya‘ni uning entalpiyasi kamayishini ko‗rsatadi.
Termodinamikaning birinchi qonuniga muvofiq ish (issiqliksiz) yoki issiqlik
(ishsiz) miqdori izolatsiyalangan jismni bir holatdan boshqasiga o‗tkazish uchun
zarur bo‗lgan jism energiyasining o‗zgarishiga teng va o‗tish amalga oshirilgan
usulga bog‗liq bo‗lmaydi.
Sistema ichki energiyasining birorta jarayon sodir bo‗lishi natijasida o‗zgarishini
bu jarayon vaqtida uzatilgan ish va issiqlik miqdorini aniqlab topish mumkin. Ichki
energiyaga o‗xshab, entalpiya boshlang‗ich holatdan oxirgi holatga o‗tish amalga
oshirilgan usulga emas, balki faqat sistemaning holatiga bog‗liq bo‗ladi. Yangi
reaksiyalar uchun entalpiyaning o‘zgarishi (ΔH) oldin o‗lchangan reaksiyalarda
67
olingan ma‘lumotlar asosida hisoblab topiladi. Agar hosil bo‗lish entalpiyasi
(
) tushunchasi kiritilsa, hisoblashlar ancha soddalashadi. Bu tushuncha modda
moli standart holatda elementlardan tashkil topadigan reaksiya uchun entalpiyaning
o‗zgarishidan iborat. Bunda elementlarning har biri, shuningdek, standart holatda
bo‗lishi kerak. Hosil bo‗lish entalpiyasidan reaksiya entalpiyasini hisoblashda ham
foydalanish mumkin:
∑
∑
bu yerda:
∑
— reaksiya mahsulotiarining hosil bo‗lish entalpiyalari
yig‗indisi;
∑
— reaksiyaga kiradigan moddalarning hosil bo‗lish
entalpiyalari yig‗indisi; ν
i
va ν
j
— reaksiya tenglamasida stexiometrik
koeffitsiyentlar.
Do'stlaringiz bilan baham: |
