Termoximiya- ximiyalıq termodinamikanıń bir bólimi

Termoximiya— ximiyalıq termodinamikanıń bir bólimi. Ximiyalıq reaksiyalar processinde issiklik effektin ólshew yamasa esaplaw, zattıń agregat jaǵdayı ózgeriwi menen baylanıslı fizikkimyoviy processler, suyulish, eriw, suyultirish hám basqalardı izertlew etedi. T. fizikkimyoviy sistemalardıń issiklik sıyımlılıqın hám olardıń temperaturaǵa baylanıslılıǵın da muǵdarlıq tárepten úyrenedi. T. de ıssılıq sıyımlılıqı, janıw ıssılıǵı, entalpiya, entropiya, izobari zotermik potensial sıyaqlı shamalar qollanıladı. Olardan ximiyatexnologiya processleriniń issiklik teń salmaqlılıqın esaplawda paydalanıladı. T. dıń ámeliy usılı — kalorimetriya. Reaksiyalardıń tezligin anıqlawda zatlardıń energetikalıq qásiyetlerin biliw, sonıń menen birge, birikpelerdiń dúzilisin esapqa alıw zárúrli.
Reaksiyalardıń tezligin anıqlawda zatlardıń energetikalıq qásiyetlerin biliw, sonıń menen birge, birikpelerdiń dúzilisin esapqa alıw zárúrli. Reaksiyalardıń issiklik effekti yamasa issiklik sıyımlılıqın ólshewde kalorimetriyadan paydalanıladı. Reaksiyada ajralıp shıǵıp atırǵan yamasa yutilayotgan issiklik muǵdarı kórsetilgen ximiyalıq teńlemeler termokimyaliq teńlemeler dep ataladı. T. de gomogen (bir jınslı ) hám geterogen (hár túrlı jınslı ) sistemalar belgili bolıp, bular bir yamasa bir neshe fazalardan dúziledi. Gomogen sistemata azot menen kislorod gazları qospası, geterogen sistemata. bolsa suw menen muzning qospası yamasa hawa (atmosfera ) dagi kumir hám altıngugurt bólekleriniń qospası mısal bóle aladı. Sońǵı sistema 3 fazadan — 2 qattı hám 1 gaz fazasınan ibarat.

T. 20 -ásirdiń 2 yarmida kvant ximiyası, shınjır hám yadro reaksiyaları qıyalları menen bayıdı, reaksiyalar issiklik effekti tolıq nolǵa jaqın temperaturalardan bir neshe mıń dárejege bolǵan aralıqlarda o'lchanilishiga erisildi. Biologiyalıq processler radiokimiyaliq hádiyseler, kosmik hám juldızlararo aralıqlar daǵı reaksiyalardan alınǵan maǵlıwmatlar T. dıń rawajlanıwına alıp keldi. T. krnuniyatlari texnologiyalıq processlerdiń issiklik teń salmaqlılıqın esaplawda qullanib, ximiya sanaatında maqul túsetuǵın sharayatlardı anıqlawǵa járdem beredi.

G. I. Gess tiykar salǵan. Ol 1840 y. Termokimyaliq esaplarǵa tiykarlanǵan principti daǵaza etedi, keyin usı princip Gess konuni atınıń aladı. Birpara reaksiyalardıń issiklik effektin tuwrıdanto'g'ri ólshew múmkinshiligi joq ekenligi yamasa qıyınlıǵı sebepli olardı Gess nızamı járdeminde aniklanadi

Barlıq ximiyalıq processler ıssılıq shıǵıwı yamasa yutilishi menen júz beredi. Ximiyalıq reaksiyalarda ajralıp shıǵıs yamasa jutılatuǵın ıssılıq muǵdarı reaksiyanıń ıssılıq effekti dep ataladı. Íssılıq shıǵıwı menen baratuǵın reaksiyalar ekzotermik, ıssılıq yutilishi menen baratuǵın reaksiyalar endotermik reaksiyalar dep ataladı.
Reaksiyalardıń ıssılıq effektlerin úyrenetuǵın bólim termokimyo dep ataladı. Íssılıq effektleri kórsetilgen reakciyalar termokimyaliq teńlemeler dep ataladı. Reaksiyanıń ıssılıq effekti zatlardıń keńislikdegi jaǵdayına, jaǵdayǵa baylanıslı. Reaksiyalardıń ıssılıq effektleri bir qıylı standart sharayatta uyreniledi. Standart sharayat degende 298 K (250 C) temperatura hám 101, 325 kPa basım túsiniledi. Termokimyoviy teńlemelerde zatlardıń agregat jaǵdayları kórsetiledi,
bunda kasrli koefficiyentler de isletiw múmkin.
2 H2 (g) + O2 (g) = 2 H 2 O (s) + 571, 6 kJ
H 2 (g) + 1/2 O2 (g) = H2 O (s) + 285, 8 kJ
H 2 (g) + 1/2 O2 (g) = H2 O (g) + 241 kJ
N 2 (g) + O2 (g) = 2 NO (g) - 180, 5 kJ
1/2 N2 (g) O + 1/2 O2 (g) O = NO (g) - 90, 25 kJ
Termokimyaning hasası G. I. Gess nızamınan ibarat bolıp, ol tómendegishe tariyplanadi:
Reaksiyanıń ıssılıq effekti reakciyada qatnasıw etiwshi zatlardıń baslanǵısh hám aqırǵı jaǵdaylarıgagina baylanıslı bolıp, processtiń qaysı usılda (sanı hám tábiyaatına ) aparıwǵa baylanıslı emes.
Termodinamikanıń I nızamına muwapıq sistemanıń ishki energiyası átirap ortalıq menen ıssılıq almasinuvi bo'lguniga shekem ózgermeytuǵın boladı. Eger sistemaǵa sırtdan qosımsha ıssılıq energiyası (Q) berilsa, sistema bir jaǵdaydan ekinshi jaǵdayǵa ótedi. Yutilgan ıssılıq muǵdarı sistema ishki energiyasınıń ózgeriwine hám sırtqı kúshlerge qarsı orınlanǵan jumıstıń jıyındısına teń boladı
Reaksiyanıń ıssılıq effekti sistema ishki energiyası hám entalpiyasi ózgeriwi nátiyjesi bolıp tabıladı. Sistemanıń ishki energiyası onı barlıq energiyaleri yig'ndisi bolıp oǵan zattı shólkemlesken atom hám molekulalardıń ilgerilenbe, aylanba háreketleri hám de yadro hám elektronlardıń energiyaleri hám taǵı basqa barlıq energiyaler jıyındısınan ibarat. Ishki energiyanıń mutloq ma`nisin ólshep bolmaydı, tek onıń ózgeriwi ( DU) ni ólshew múmkin
Q = (Q2 -Q1) =DU + A DU = U2 - U1
Orınlanǵan jumıs bolsa, sistema basımı turaqlılıǵında p=const
A = PDV = P (V2 -V1)
Q p = DU + P (V2 -V1) = U2-U1 + P (V2 -V1) =
= (U2 + PV2) - (U1 + PV1) = H2 - H1
Qp = H2 - H1 = DH
Ol + PV =D H
D H - shama entalpiya dep ataladı.
Entalpiyani keńeygen sistemanıń energiyası deyiw múmkin. Ózgermeytuǵın basımda baratuǵın ximiyalıq reakciyanıń ıssılıq effekti sistema entalpiyasining ózgeriwine teń.
Ózgermeytuǵın kólemde baratuǵın processler ushın denege beriletuǵın ıssılıq muǵdarı onıń ishki energiyasın ózgeriwine sarp etiw boladı :
Qv = H2 - H1 = DH
Qp = DH
Ekzotermik processlerde sistemanıń ishki energiyası hám entalpiyasi azayadı, usınıń sebepinen
DU < 0; DH < 0 boladı.
Endotermik processlerde bolsa sistemanıń ishki energiyası artadı, usınıń sebepinen
DU > 0 ; DH > 0.
Ximiyalıq reaksiyalardıń ıssılıq effekti. Ximiyalıq reaksiyalar kóbinese ıssılıq hám basqa energiya túrlerin jutıw yamasa shıǵarıw menen júz boladı. Eger reaksiya ózgermeytuǵın basımda alıp barılsa ajralıp shıqqan yamasa yutilgan ıssılıq - reaksiyaninng ózgermeytuǵın basım daǵı ıssılıq effekti dep ataladı hám Qp menen belgilenedi. Reaksiya ózgermeytuǵın kólemde alıp barılǵanda bolsa onıń ıssılıq effekti QV menen belgilenedi hám ol reaksiyanıń ózgermeytuǵın kólem degi ıssılıq effekti dep júritiledi.
Íssılıq shıǵarıw menen júz bolatuǵın reaksiyalar ekzotermik, ıssılıq yutilishi menen baratuǵın reaksiyalar bolsa endotermik reaksiyalar dep ataladı. Íssılıq muǵdarın ólshem birligi Joul (J) hám kilojoul (kJ) (kaloriya hám kilokaloriyadan da paydalanıw múmkin).

Ximiyalıq reaksiya nátiyjesinde reaksiyaǵa kirisiwiwshi zatlardıń energiya zapasi ózgeredi. Ekzotermik reaksiyalarda payda bolǵan zatlardıń energiya zapasi baslanǵısh zatlarnikidan kem, endotermik reaksiyada bolsa kóp boladı. Ximiyalıq birikpe payda boliwinda qansha kóp energiya ajralıp shıqsa, bul ónimler sonsha turaqlı bolıwı múmkin. Kerisinshe, endotermik reaksiya nátiyjesinde payda bolǵan zatlar óziniń biyqararlıǵı menen ajralıp turadı hám olar ańsat bóleklenedi.

Reaksiyanıń ıssılıq effekti yaǵnıy ajralıp shıǵıp atırǵan yamasa jutilip atirg’an ıssılıq muǵdarı kórsetilgen ximiyalıq teńlemeler termoximyaliq teńleme dep ataladı. Bul teńlemeler massalar saqlawı nızamı hám energiyanıń saqlanıw nızamı tiykarında dúziledi.

Ekzotermik reaksiyalar ıssılıq effekti oń (+), endotermik reaksiyalar ıssılıq effekti bolsa keri (-) belgi menen jazıladı. Mısalı : 1 buyım CH₄, 2 buyım O₂ menen reaksiyaǵa kiriwgenda +212, 44 kkal ıssılıq ajraladi` :

CH₄2O₂CO₂2H₂O212,44 kkal
ekzotermik reaksiya
1 mol kalsiy karbonat to'li tarqalg’anda – 42,54 kkal issiqlik jutiladi:
CaCO₃CaOCO₂–42,54 kkal
endotermik reaksiya
Ximiyanıń ximiyalıq reaksiyalardıń ıssılıq effektleri muǵdarın úyrenetuǵın bólimi termoximya dep ataladı jáne bul tarawdıń ximiyalıq termodinamikanıń bir bólegin quraydı.

Termodinamikanıń I nızamı. Reaksiyanıń ózgermeytuǵın basım (Qp) hám ózgermeytuǵın kolem (QV) dagi ıssılıq effekti túsiniklerin tolıq túsiniw ushın termodinamikanıń I nızamınan paydalanamız. Bul nızamǵa muwapıq, hár bir sistema óziniń ishki energiyası Ol ga iye bolıp onıń ózgeriwi sistemaǵa berilgen ıssılıq Q hám sistema atqarǵan jumıs A ma`nisine baylanıslı.

 UQ – A yamasa Q UA
Termodinamikanıń I nızamı tómendegishe tariyplanadi:
Sistemaǵa berilgen ıssılıq muǵdarı onıń ishki energiyasınıń ózgeriwi (+Ol) hám sistemanıń sırtqı kúshler ústinen atqarǵan jumısı (A) ga sarp etiw boladı.
Sırtqı ortalıqtan bóleklengen dep shama menen oylaingan zat yamasa zatlar toparı termodinamikada sistema atı menen júritiledi. Sistemanıń ishki energiyası degende zattıń ulıwma energiya tutumini túsiniw kerek.
Ápiwayı zatlardan bir buyım birikpe payda bolganida ajralıp shıǵıw yamasa jutılatuǵın ıssılıq muǵdarı jáne usınıń menen birikpenin’ payda bolıw ıssılıǵı dep ataladı.
Eger payda bolıw ıssılıǵı 250 C hám 760 mm sınap ústininde anıqlanǵan bolsa, ol zat payda boliwinin’ standart ıssılıǵı dep ataladı hám Q menen belgilenedi.
Eger sistema bir halatdan ekinshi halatg’a o’tse, sistemanıń ishki energiyası uzgeredi :
U = U ₂ - U₁
Ximiyalıq process waqtında sistema xesh kanday jumıs atqarmasa, yaǵnıy sistemanıń kolemi o’zgermese, sistemaǵa o’zgermes kólemde berilgen issiklik (-Qv) sistemanıń ishki energiyasınıń o’zgeriwine sebep boladı :
- Qv = U
Sonday eken, reaksiyanıń o’zgermes kólem degi issiklik effekti sistema ishki energiyasınıń o’zgeriwine teń.
Reaksiyanıń termodinamik issiklik effekti H hám termokiximiyaliq issiklik effekti qarama-qarsi belgi menen teń bolıp tabıladı:
H = - Qp yamasa U = - Qv.
Termodinamikanıń ekinshi nızamı.
Entropiya ne?
Entropiya - teń salmaqlılıq halatinda turg’an xar qanday sistema daǵı zatlardıń háreketlengenligini ańlatpalawshi shama.

Mısalı, suyıqlıq puwg’a o’tkende entropiya artadı, puw kondensatlansa suyıq yamasa kristall halatga o’tse entropiya azayadı. Sonıń menen birge, ximiyalıq processlerde xam entropiya artiwi yamasa azayıwı múmkin.

1. 
   Entropiya artadı :
   

C ( komir) + CO₂ (g ) = 2 CO ( g )

2. 
   Entropiya kamayadi :
   

3N₂ (g) + H₂ ( g ) = 2 NN₃ ( g )

Termoximiya nızamları. Barlıq termodinamik esaplar termoximya nızamlarına tiykarlanǵan. Termoximyag’a tiyisli eki nızam jańalıq ashılǵan bolıp, biri Lavuazye-Laplas nızamı hám ekinshisi Gess nızamı bolıp tabıladı. Bul nızamlar energiyanıń saqlanıw nızamınan kelip shıǵadı.

Lavuazye-Laplas nızamı. 1784 jılda Lavuazye hám Laplas jańalıq ashqan birinshi nızam tómendegishe tariyplanadi.

Hár qaysı ximiyalıq birikpe ushın bólekleniw ıssılıǵı onıń payda bolıw ıssılıǵına teń, lekin belgisi keri boladı.

Mısalı :
CH₄  C 2H₂ – 76,0 kJ
C  2H₂  CH₄76,0 kJ
Gess nızamı. 1840 jılda G. I. Gess termoximyanin’ ekinshi nızamın tájiriybe tiykarında jańalıq ashtı. Reaksiyanıń ıssılıq effekti processinde qatnasıw jetip atırǵan zatlardıń dáslepki hám aqırǵı jaǵdaylarına baylanıslı bolıp reaksiyanıń qanday usılda alıp barılıwına baylanıslı emes. Mısalı, CO₂ ni eki usılda payda etilsin. Birinshi usıl tómendegi eki basqıshdan ibarat bolsın :
a) C  ¹₂ O₂  CO  110,5 kJ
b) C  ¹₂ O₂  CO₂  283 kJ
jami: 393,5 kj
Ekinshi usılda reaksiyanı basqıshsız (bir yula) alıp barilsin.
C  O₂  CO₂  393,5 kJ
Sonday eken, hár eki usılda CO2 dıń payda bolıwı ıssılıq effekti +393, 5 kJ ga teń.
Termodinamika noqatı -názerden ximiyalıq reaksiyanıń ıssılıq effekti onıń entalpiyasi DH dep júritiledi hám ol ıssılıq effektine teris belgili bolıp tabıladı.
DH  -Q DH  -393,5 kJ G’ mol.
Joqarıdaǵı ximiyalıq reaksiyalarda ayırım basqıshlardıń entalpiyalari jıyındısı ulıwma processtiń entalpiyasina teń. Ximiyalıq reaksiyanıń entalpiyasini tabıw ushın reaksiya ónimleriniń payda bolıw entalpiyalari jıyındısınan dáslepki zatlardıń payda bolıw entalpiyalari jıyındısın ayırıp taslaw kerek:
DH  DHmaks. - DH_dast.ralaspa
Bul jerde DH - reaksiyanıń entalpiyasi DHmaks. - reaksiya óniminiń payda bolıw entalpiyalari jıyındısı DH_dast.ralaspa- dáslepki zatlardıń payda bolıw entalpiyalari jıyındısı.

Paydalanilg’an adebiyatlar.

1. N.A.Parpiyev, H.R.Rahimov, A.G.Muftaxov. Anorganik kimyo nazariy asoslari.Toshkent.«O'zbekiston». 2000y.

   
   

2. Q.Ahmerov, A.Jalilov, R.Sayfutdinov Umumiy va anorganik kimyo. Toshkent. «O'zbekiston» 2003 y.

   
   

3. YU.T.Toshpo'latov, SH.YE.Ishoqov. Anorganik kimyo. Toshkent. «O'qituvchi». 1992 y.