Kimyoviy muvozanat. Massalar ta'siri qonuni va uning amaliy qo'llanilishi. Muvozanat doimiysi Reja

Kimyoviy muvozanat. Massalar ta'siri qonuni va uning amaliy qo'llanilishi. Muvozanat doimiysi

Reja:

Kimyoviy muvozanat.Massalar ta'siri qonuni.

Massalar ta'siri qonunidan muvozanat doimiysini topish.

Muvozanat doimiyligini ifodalash usullari.

Muvozanat doimiysini mahsulotning muvozanat sharoitidagi chiqishi bilan o'zaro bog'liqligi

Tayanch iboralar: Kimyoviy muvozanat, massalar ta'siri, muvozanat doimiyligi, muvozanat sharoiti

Har qanday termodinamik sistema katta sondagi zarralardan tashkil topgan. Uzluksiz harakatlanuvchi va o‘zaro ta’sirlanuvchi ana shu zarralar energiyasiga termodinamik sistema energiyasi deyiladi.

Sistema to‘la energiyasi tashqi va ichki energiyaga ajraladi. Sistemani bir butun holda harakat energiyasi va tashqi kuch maydonidagi potentsial energiyasiga tashqi energiya deyiladi. Sistemaning qolgan bo‘lak energiyalariga ichki energiya deyiladi. Masalan, N ta zarradan tashkil topgan real gaz ichki energiyasi e quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi:

Bu erda Pi - i- zarra impulsi, va j - zarralarning o‘zaro ta’sir energiyasi, zarrani tutgan °rni bilan bohlangan potentsial energiya.

Ichki energiya e sistema ichki parametri bo‘lib hisoblanadi. Demak, ichki energiya sistema muvozanat holatida tashqi parametrlar l1 va temperatura T ga bohlik bo‘ladi:

Termodinamikada “ish” tushunchasi muhim rol o‘ynaydi, chunki sistema holati o‘zgargandagina termodinamik ish bajariladi. µaraladigan sistema tashqi jism bilan o‘zaro ta’sirda bo‘lgandagina, sistema holati o‘zgaradi va natijada ishni miqdoriy tomondan aniqlash mumkin bo‘ladi. Xaqiqatan ham, sistema noldan farqli ish bajarishi uchun, u albatta tashqi jismlarni siljitishi kerak.

Tajriba shuni ko‘rsatadiki, termodinamik sistemani, uni o‘rab olgan muhit bilan o‘zaro ta’sirida energiya almashinishi yuz beradi. Bu erda energiyani sistemadan tashqi jismlarga uzatish ikkita har xil usulda bo‘lishi mumkin. Sistema tashqi parametrlarining o‘zgarishi bilan bohliq b°lishi va bu parametrlarning o‘zgarishsiz bohliq b°lishi.

Tashqi parametrlarning o‘zgarishi bilan bohlik bo‘lgan energiya uzatishni birinchi usuliga ish deyiladi. Tashqi parametrlarning o‘zgarishisiz, ammo yangi termodinamik parametr (entropiya)ning o‘zgarishi bilan bohlik bo‘lgan energiya uzatishni ikkinchi usuliga – issiqlik, energiya uzatish jarayonining bu usuliga – issiqlik almashinish deyiladi.

Tashqi parametrlarning o‘zgarishi bilan sistemaga berilgan energiyaga – ish deyilib, A xarf bilan belgilanadi. Tashqi parametrlarning °zgarishisiz sistemaga berilgan energiyaga – issiqlik miqdori deyilib, d іarfi bilan belgilanadi.

Bajarilgan ish

Bu erda dA -½cheksiz kichik bajarilgan ish, ti - umumlashgan kuch, li-umumlashgan parametr.

Termodinamikada bajarilgan ishni ishorasi quyidagicha qabul qilingan. Agar sistema tashqi kuchlarga qarshi ish bajarsa – musbat, agar tashqi sistema ustida tashqi kuchlar ish bajarsa – manfiy yoki sistema kengayish jarayonida bajarilgan ishni ifodalovchi yuza jarayon yo‘nalishini ifodalovchi egrilikdan o‘ng tomonda yotsa – musbat agar chap tomonda yotsa – manfiy deb ham qabul qilingan. Bu fikrlardan shu narsa kelib chiqadiki, sistema bir holatdan ikkinchi holatga o‘tganda bajarilgan kengayish yoki siqilish ishi o‘tish yo‘liga qarab, o‘zgarib turar ekan. YA’ni, bajarilgan ishni kattaligi o‘tish yo‘liga bohliq bo‘ladi. Bu esa bajarilgan ish jarayon funktsiyasi bo‘lishini ko‘rsatadi. SHuning uchun bajarilgan ish dA½ko‘rinishda ya’ni to‘liqmas differentsial ko‘rinishda yoziladi. Masalan, agar sistema kengayish ishi bajarayotgan bo‘lsa dA- pdv½, agar siqilish ishi bajarilayotgan bo‘lsa dA- pdv½ ko‘rinishda yoziladi.

Agar tashqi elektr maydon ta’siri ostida izotrop dielektrik ustida ½ qutblash ishi bajarilayotgan bo‘lsa: dA= edP½ bo‘ladi. Bu erda e - tashqi elektr maydon kuchlanganligi, - qutblanish vektori. Agar tashqi magnit maydon magnitik ustida magnitlash kuchi bajarilayotgan bo‘lsa: dA = HdM½ bo‘ladi. Bu erda - magnit maydon kuchlanganligi, - magnitlanish vektori.

O‘zaro bohlanmagan mikroskopik parametrlar to‘plami sistema holatini aniqlaydi. Berilgan vaqtda sistema іolatini to‘la holda aniqlovchi va sistemalarga holat funktsiyasi deyiladi.
Termodinamikaning ikkinchi dastlabki fikridan muvozanatli ichki parametrlar va temperaturaning funktsiyasi bo‘lishidan sistema holatining termik va kalorik tenglamalarining mavjudligiga olib keladi, ya’ni temperaturada T va tashqi parametrlar l1 qandaydir muvozanatli ichki parametr bk bilan bohlovchi tenglama olib keladi.

Agar ichki parametr va ichki energiya e(bk=E) bo‘lsa, u holda tenglama

Energiya tenglamasi yoki holatning kalorik tenglamasi deyiladi. SHunday nomlanishiga sabab, bu tenglama yordamida kaloriyada ifodalanuvchi issiqlik sihimi va boshqa shunga o‘xshagan kattaliklarni topish mumkin.

Agar ichki parametr va tashqi parametrga li- qo‘shma bo‘lgan umumlashgan kuch fi bo‘lsa, u holda tenglama fi = fi (l1, …, ln; T) (i = 1, 2, …, n) іolatning termik tenglamasi deb yuritiladi.

Bunday nom bilan yuritilishiga sabab bu tenglamalar yordamida temperaturani hisoblash mumkin.

Јolatning termik va kalorik tenglamalarining umumiy soni uning ozodlik darajalarining soniga teng bo‘ladi, ya’ni sistema holatini xarakterlovchi bohlanmagan parametrlar soniga teng bo‘ladi.

Agar holatning termik va kalorik tenglamalari ma’lum bo‘lsa, u holda termodinamikaning boshlanishlari yordamida sistemaning hamma termodinamik xususiyatlarini aniqlash mumkin. Termodinamikaning boshlanishlariga asoslanib holat tenglamalarini chiqarish mumkin emas. Ular yoki tajribadan tiklanadi yoki statistik fizika metodi yordamida topiladi. Bu hol esa termodinamika va statistik fizikasi bir –birini to‘ldirishini va ularni tamoman ajratish mumkin emasligini ko‘rsatadi.

Muvozanatli sistemalarning xususiyatini o‘rganishda, termodinamika eng avval, oddiy sistema deganda ikkita parametr bilan aniqlanuvchi bir fazali sistemalarga aytiladi.

Oddiy sistema holatining termik va kalorik tenglamalari mos ravishda quyidagi ko‘rinishni oladi:

Agar f = p - bosim, l = V - V - sistema hajmi bo‘lsa, u holda sistema holatining tenglamalari

p= p ( V, T)

E=E (V, T ) bo‘ladi.

Ideal gaz uchun holatning termik tenglamasi Klapeyron-Mendeleev tenglamasi bo‘ladi.

PV = RT - bir mol gaz uchun

mol gaz uchun: m - gaz massasi, m - molyar massa.

O‘zgarmas temperaturada ideal gaz ichki energiyasini uning hajmiga bohliq emaslish to‘hrisida Djoul qonunidan foydalansak, ya’ni

U holda ideal gaz eksergiya tenglamasini olamiz.

Bir atomli ideal gaz uchun e = Sv T + e0 bo‘ladi.

Ideal real gazlar uchun empirik holda holatning 150 dan oshiq termik tenglama tiklangan:

Van-der-Vaals tenglamasi

b – molekularning xususiy hajmi.

- ichki bosim real gazlar uchun tuzatma kiritishni birinchi marta M.V.Lomonosov aytdi – (issiqlikning tabiati to‘hrisida molekular – kinetik tasavvurga asoslanib).

– Diterichening I – tenglamasi

Diterichening II – tenglamasi

Bertlo tenglamasi.
(1.6) – holatning verial

formadagi tenglamasi.

Bu erda V,S,D …. – temperatura funktsiyasi bo‘lib, ularga verial koeffitsientlar deb yuritiladi.

Birinchi had ideal gazga mos keladi, qaysiki molekulalar orasida o‘zaro ta’sir yo‘qdir.

Ikkinchi esa molekulalar orasidagi juft to‘qnashishni hisobga oladi va h.k.z.

Real gazlarga molekulalar orasidagi o‘zaro ta’sir kuch qisqa ta’sir xarakterdaligini hisobga olib, Maer va Bogolyubov turli xil metodlar yordamida holat tenglamasini quyidagicha oladi:

Bu erda virial koeffitsientlar Vn gaz zarralari orasida o‘zaro ta’sir potentsial orqali ifodalanadi. Masalan, agar molekulalar orasidagi potentsial U faqat molekulalar orasidagi masofa r ning funktsiyasi bo‘lsa, u holda N ta zarradan tashkil topgan gazning ikkinchi verial koeffitsienti

V(T) ni eksperimentda o‘lchab, o‘zaro ta’sirning potentsial funktsiyasining parametrlarini topish mumkin.

Sistema holat tenglamalarining mavjudligidan uchta termik koeffitsientlar (kengayish, siqilish, bosim elastiklik) orasida quyidagi bohlanish borligini olish mumkin:

Madomiki tabiat atrof muxitida absolyut muvozanat bulmaydi, termodinamik tadkikotlarda esa doimo ochik eki epik kurinishida u eki bu jaraenlar, ya’ni ularning tezligini real, sekinlashtirilmagan ushbu xolatdagi jaraenlar bilan solishtirilgan deb taxmin kiladilar. Bunga ammiak, vodorod va azot aralashmasi klassik misol bulaoladi. Bu komponentlar orasida ammiakni sintezi (eki parchalanishi) kurilaetgan sharoitda sekinlashtirilgan deyilmasa muvozanat degan tushuncha uz ma’nosini yukotadi.

SHunga uxshash uglerod dioksididan azot-vodorod aralashmasini komponentlari tozalash jaraeni taxlilida aralashma komponentlari bir-birlariga birikmaydilar (masalan past temperatura, katalizatorlar yukligi uchun) deb faraz kiladilar. SHuning uchun maksimal foydali ish (eksergiya) konkret sharoitga boglikligi oldindan aytilgan bulishi kerak. YUkorida keltirilgandan kurinib turibdiki, atrof muxit kimeviy tarkibi fakat tabiat buyicha aniklanmay, balki texnik va xatto iktisodiy sharoitlar bilan aniklanadi