1 O`zbеkiston rеspublikasi sog`liqni saqlash vazirligi toshkеnt farmatsеvtika instituti
Download 0.7 Mb. Pdf ko'rish
|
farmatsiya fakulteti 2 kurs talabalari uchun fizik va kolloid kimyo fanidan maruzalar matni
- Bu sahifa navigatsiya:
- Termodinamikaning nulinchi qonuni.
- Agarda ikkita sistema issiqlik muvozanatda bо’lsa, ularning haroratsi bir õil bо’ladi. Agarda ular issiqlik muvozanatda bо’lmasa, u
- - 15 - 4. Adiabatik protsess (jarayon) Q=const
- Moddaning issiqlik sig’imi
Fizikaviy qiymat SGS Birligi SI birligi
nomi Belgisi nomi
belgisi Uzunlik
Santimetr Sm
Metr m Massa Gramm G kilogramm kg Vaqt
Sekunda S sekund s Harorat
Kelvin K Kelvin K
Agarda ikkita yopiq sistemani bir-biri bilan tegizsak (kontakt qilsak) xar ikkala sistemani xossasi о’zgaradi. Pirovardida shunday holat vujudga keladiki, bunda sistemalarda о’zgarish rо’y bermaydi. Bu sistemaning issiqlik muvozanat holatidir. Ikkita sistema bitta haroratdami yoki yо’qmi bilish uchun ularni bir biri bilan tegizib xossasi о’zgaradimi, yо’qmi kuzatish mumkin. О’zgarishlar rо’y bermasa, sistemalar bir xil haroratda ekanligidan dalolat beradi. Uchta A, V va S sistemalarni kuzataylik. Tajribada shu narsa aniqlandiki, agarda A va V sistema S sistema bilan issiqlik muvozanatda bо’lsa, albatta A va V xam о’zaro issiqlik muvozanatda bо’ladi. Bunday xulosani isbot qilib о’tirishni xojati xam yо’q. Mana bu emperik fakt termodinamikaning nulinchi qonuni deb yuritiladi. Uni tarifi:
«0» qonun termodinamikaning tо’rtinchi postulati bо’lib, u XVIII asr
о’rtalarida SHotlandiya olimi Djozef Blek tomonidan termometrni yaratilishi bilan vujudga keldi. Bu qonunni termik muvozanat qonuni xam deb
- 11 - yuritiladi. Xozirgi kunda bu qonun quyidagicha tariflanadi:
Bir-biri bilan issiqlik almashadigan 3ta oddiy sistemani olaylik: f 1,2
( P 1 , V 1 ; P
2 , V
2 ) = 0
f 1,3
( P 1 , V 1 ; P
3 , V
3 ) = 0 «0» qonuni bо’yicha f 2,3
( P 2 , V 2 ; P
3 , V
3 ) = 0 CHunki xamma о’zgaruvchilar bir-biri bilan о’zaro bog’liq. Bundan: 3 2 3 1 2 1 t t t t t t bu xossa emperik harorat deyiladi. f ( P, V ) = f Bu qonun 2ta jism haroratsi bir xilmi yoki turlichami bilishga imkon beradi. Termodinamikaning birinchi qonuni. Termodinamikaning birinchi qonuni massalar saqlanish qonunidan kelib chiqadi. Bu qonun eng umumiy tarzda M.V.Lomonosov tomonidan (1748 y.) ta’riflangan. XIX asrda R. Mayer, G.Gelmgolts, D.Djoul ishlarida bu qonun yana rivojlantirildi. Massalar saqlanish qonuniga binoan «Tabiatning barcha hodisalarida energiya yо’qolib ketmaydi va yо’q narsadan bor bо’lmaydi, u faqat bir shakldan boshqa shaklga qatiy ekvivalent tarzda о’tishi mumkin». Termodinamika birqancha ta’riflari mavjud. Ammo ularning xammasi bir maqsadni - energiyani yо’qolmasligini va о’zaro bir-biriga о’tishining qat’iy ekvivalent ekanligini ifodalaydi. Masalan, Gelmgolts (1847 y.) energiyaning saqlanish printsipi: «Aloxida olingan (izolirlangan) sistemaning umumiy energiyasi doim о’zgarmas qiymatiga ega bо’ladi. U yо’qdan bor bо’lmaydi va yо’qolib xam ketmaydi”. Termodinamikaning birinchi qonuniga muvofiq yо’qdan energiya olib, abadiy ishlaydigan mashina ( I xil abadiy dvigatel) qurib bо’lmaydi. Xar qanday jismda ma’lum energiya zapasi bо’ladi. Bu ichki energiyadir. Ichki energiya: sistemaning umumiy energiya zonasi (manbai) bilan о’lchanadi. U «U» xarfi bilan ifodalanadi. Ichki energiya nimalardan tashkil topadi: 1.
molekulalarning ilgarilama xarakatining energiyasi 2.
molekulalarning aylanma xarakat energiyasi 3.
molekulalarning о’zaro tortilish va itarilish energiyasi 4.
atomlar va atomlarning guruxining tebranish energiyasi 5.
elektronlarning aylanish energiyasi 6.
atom yadrosida bо’ladigan va x.k. energiyalar. - 12 - Ichki energiya sistemaning holatini xarakterlaydi. SHuning uchun u holat funktsiyasi deyiladi. Ichki energiyaga kinetik va potentsial energiya kirmaydi. Sistemaning ichki energiyasi moddalarning xiliga,ularning miqdoriga, bosim, harorat va hajmiga bog’liq. Ichki energiya absolyut miqdorini о’lchab bо’lmaydi. 2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q, U
1 > U
2 ,
U
= U 1 - U 2
U 1 U 2 U 1 va U 2 ni topish mumkin emas. U 1 va U 2 sistemaning dastlabki va oxirgi holatiga bog’liq. Bir holatdan boshqasiga qay holatda о’tganiga bog’liq emas.
Agarda A nuqtada (rasm)gi zonasi ichki energiya U 1 bо’lsa, V -nuqta U 2 bо’lsa, A nuqtadan V nuqtagacha 1 yо’l bilan о’tilsa, Vdan Aga qaytish esa 2 yо’l bilan sodir bо’lsa. Agarda ichki energiyani о’zgarishi bosib о’tilgan yо’lga bog’liq bо’lsa, U 1 > U 2 bо’lsin. U holda bu xalqani bir necha marta qaytarib, sistemada energiyani yig’ib olish mumkin bо’lardi,
bu energiyani xech qanday manbai bо’lmasdi. Bu energiya saqlanish qonuniga xilofdir. SHuningdek ichki energiya bosib о’tilgan yо’lga bog’liq emas sistemani dastlabki va oxirgi holatiga bog’liq. Termodinamikaning birinchi qonuniga muvofiq, issiqlik (Q) ishaklida ajralayotgan yoki yutilayotgan energiya miqdori va ish A istalgan jarayon uchun doimiy; energiya paydo bо’lishi va yо’q bо’lib ketishi mumkin emas. SHuning uchun, A+Q sistemaning tо’liq energiyasining ya’ni ichki energiyasi (U) о’zgarishiga teng. ( U
= A + Q ) U - sistemani bir holatdan boshqasiga о’tgandagi ichki energiyani о’zgarishi. Termodinamikaning birinchi qonunini shunday ifodalash ( U
= Q - A) о’rniga nazariy va amaliyo kimyo xalqaro uyushmasi tomonidan tavsiya etilgan.
Q = U + A 2. U = Q - A
YA’ni: Biror sistema ichki energiyasining о’zgarishi ( U
= U 1 - U
2 ) sistemaga berilgan issiqlik Q dan bajarilgan ish A ayirmasiga teng.
CHeksiz kichik о’zgarishlar bilan sodir bо’ladigan jarayon uchun 1 tenglama dQ =dU + dA tarzida yoziladi. Konkret misol: Gaz
}
Q Аgаr 2 1 A(U 1 ) В(U 2 ) - 13 - H 2 SO 4 + Zn ZnSO
4 + H
2
+ Q
Agar H
2 SO
va Zn bir molekuladan olinsa 143,1 kJ (34200 kal) Q ajralib chiqadi. A = p x S x h; S x h = V; A = p x V; p x V = Q x T; A = Q x T = 1,986 kal x 293 = =582 g x kal/mol
1 - issiqlik ajralib chiqdi. 2 - reaktsiya vaktida ajralib chiqqan H 2 gazi tashqi bosimga qarshi ish bajarib porshenni h balandlikka kо’tardi. A= p x S x h = p x V; dQ=dU + dA dQ=dU+pxdV bu xam termodinamikaning birinchi qonunini matematik ifodasi.
Demak dQ =dU + p dV p dV=A=r(V 2 -V
)=Q(T 2 -T 1 )
Izobarik jarayonning pV dia-grammasi shunday:
Demak, sistemaga issiqlik berish bilan hajm qancha kо’p о’zgarsa shuncha kо’p ish bajariladi. dQ =dU + p dV 2. Izoxorik protsess (jarayon). V=const dQ =dU + pdV; dV=0; pdV=0 dQ=dU dQ
V 1
V 2
S=A
S P
V V 1 V 2
dQ P H 2
} Yuzasi
h - 14 - 3. Izotermik protsess (jarayon), T= const dQ =dU + pdV; U = const; dU=0; dQ= pdV
Demak sistemaga berilgan issiqlik xammasi ishga aylanadi. YA’ni protsessni termostatda olib borish kerak.
Bajarilgan ishni absolyut qiymatini topish uchun dA=pdV ni integrallash kerak. Lekin hajm bosimning funktsiyasi bо’lgani uchun p=f(V) ni
integrallab bо’lmaydi. SHuning uchun
Mendeleev-Klayperon tenglamasidan foydalanamiz: pV=QT; dA=pdV
dV V RT dA
bu tenglamani V 1 dan V 2 gacha integrallash mumkin.
2 1
V V dV RT dA
1 2 ln
V RT A yoki 1 2 lg 303 . 2 V V RT A
Boyl-Mariot qonuni bо’yicha 1 2
2 p p V V
2 2 1 1 p V p V buning uchun pV=sonst 2 1 lg 303 . 2 p p RT A p=KS 2 1 ln 303 . 2 C C RT A
Izotermik protsessining pV diagrammasi teng tomonli giperbolani beradi:
P P 1
S P 2
S=0; A=0 P 1
P 2
P V V=const
V 2
V 1
S 1 2 lg 303
. 2
V RT A S - 15 - 4. Adiabatik protsess (jarayon) Q=const
pdV dU pdV dU dQ const Q pdV dU dQ 0 0 ;
Demak gaz adiabatik kengayganda soviydi, siqilganda - isiydi. Adiabatik protsessda gazning p, V, T - lari о’zgaradi. Bajarilgan ishning absolyut qiymatini topish uchun dU=dA ni integrallash kerak. Lekin dU ni absolyut qiymatini topib bо’lmaydi. Buning uchun moddaning issiqlik sig’imidan foydalanadi.
1 mol moddani 1 0 (1 K) isitish uchun zarur bо’lgan issiqlik miqdori shu moddaning molyar issiqlik sig’imi deyiladi.
Molyar issiqlik sig’imi
ularning molekulalari tarkibidagi elementlarning atom issiqlik sig’imlari yig’imdisiga teng.
K T T t t 1 1 1 2 0 1 2 0 1 2 1 t t
p C C
Ma’lumki V=const bо’lganda ish bajarilmaydi. Izobarik protsessda: V p V p V p C C R R C С К A T T T T R V V p pdV A A C C lganda bo'
1 ) ( ) ( 0 1 2 1 2 1 2 Demak K, bosim va hajm doimiyligidagi gazning molyar issiqlik sig’imining ayirmasiga teng
, 0 , 0 ,
1 mol P 1mol
h 1
h 2
p P=const
c p
V=const c V - 16 - Bu tenglamani T 1 dan T
2 gacha integrallasak:
2 1 T T dT CV dA
) ( 1 2 T T CV A bu adiabatik ish tenglamasi Q=const (1), t=const (2)
1
2
V
Adiabatik protsessda p, T, V va U о’zgaradi. Adiabatik protsess A - kichik bо’ladi. Entalpiya: (issiqlik saqlashlik)
Termodinamikaning birinchi qonuniga asosan dQ=dU +pdV dQ=d(U+pV) U+pV=H (entalpiya) Demak dQ=dH Istagan ochiq termodinamik sistemaning energiyasi uning ichki energiyasi va qо’shimcha, uni tashqi muhitga boshqa sistemaga kirish natijasida vujudga keladigan energiyadan iborat. Bu energiya shakli, ya’ni tashqi muhit bilan olmosh energiyasi Gibbs tomonidan issiqlik funktsiyasi, keyinchalik Kamerling-Onnes tomonidan entalpiya deb atala boshlandi. Grekcha enthalpo-isitaman degan ma’noni anglatadi. Entalpiya sistemaning ichki energiyasi va hajmiga bog’liq bо’lgan tashqi energiyaning (potentsial) energiya yig’indisiga tengdir. Doimiy bosimda bо’ladigan protsess vaqtida yutilgan issiqlik entalpiya о’zgarishiga teng.
Kimyoda kо’pincha protsess ochiq idishda olib boriladi. SHuning uchun bosim doimiyligidagi jarayon, hajm doimiyligidagi jarayonlarga nisbatan kо’proq uchraydi. Agar jarayon mobaynida sistemada faqatgina kengayish ishi sodir bо’lsada, bosim doimiy bо’lsa, ushbu tenglama yozilar edi: dU= dQ - pdV Agar daslabki holat 1, oxirgi holat 2 bо’lsa U 2
1 = dQ - p ( V 2 - V
1 ) bundan yutilgan issiqlik dQ: dQ = ( U 2 - U 1 ) + p ( V 2 - V
1 )
р р
1
р 2 t=const
Q=const - 17 - dQ = U
2 - U
1 + pV
2 - pV
1 = (U
2 + pV
2 ) - ( U
1 + pV
1 )
H = U + pV; bо’lgani uchun dQ = H 2 - H 1 = dH
dQ = dH Doimiy Lhajmga ega bо’lgan kalorimetrdagi ajralgan issiqlik ichki energiya «U»ning kamayish о’lchovidir. Doimiy bosimga ega bо’lgan kaloritemtrdagi ajralgan issiqlik entalpiya “H”ning kamayish о’lchovidir. Ya’ni:
V=const V 2 -V 1 =0 Q=U 2 -U 1 = U dQ=
U p=const dQ=dU+pdV dQ=d(U+pV) dQ=dH
Ma’lumki kimyoviy reaktsiya yo energiya ajralishi, yoki yutilishi bilan sodir bо’ladi. Kimyoviy reaktsiyadagi issiqlik effektini о’rganuvchi termodinamikaning bir bо’limi - termokimyodir. Reaktsiya jarayonida ajralib chiqadigan yoki yutiladigan issiqlik miqdori shu reaktsiyaning issiqlik effekti deb yuritiladi. Reaktsiyaning issiqlik effektini tajriba yо’li bilan, yoki termokimyoviy xisoblash yordamida aniqlash mumkin. Termokimyoda energiyaning о’lchov birligi sifatida kо’pincha Djoul qо’llaniladi. 1kal =4,184 Dj. Demak termokimyo - kimyoviy reaktsiyalar issiqlik effektini, moddalarning bir agregat holatdan ikkinchiga о’tishidagi energiya effektini, bir kristall holatdan boshqasiga о’tishdagi energiya effektini, modda, sistemalar issiqlik sig’imini о’rganadi. Termokimyoning ahamiyati katta. Uning yordamida turli texnologik jarayonlarning issiqlik balansi xisoblanadi. Ishlab chiqarish qurilmalarning sovutish, isitish bо’yicha apparatlari xarakteristikasi belgilanadi.
(U 1 )
hosil bо’ladigan mahsulotlar energiya zahirasidan ( U 2 ) katta bо’ladi. U=U
1 - U
2 (U 1 > U 2 ) H<0 Q < 0. Misol: oksidlanish, gidratlanish, galogenlanish, polimerlanish, polikondensatlanish reaktsiyalari. Aksincha, endotermik reaktsiyalarda issiqlik yutilishi xisobiga moddalarning ichki energiyasi ortadi.
2 - U
1 (U 2 > U 1 ) Q > 0; U 2 >U 1 Misol: qaytarilish, degidrirlanish, piroliz, gidroliz reaktsiyalari. Barcha energiya о’zgarishlari termodinamikaning birinchi qonuniga mos xolda sodir bо’ladi. Kimyoviy reaktsiyalarda
U modda dastlabki holatiga va reaktsiya maxsulotiga bog’liq. Masalan grafitning yonish issiqligi olmosning yonish issiqligiga teng emas. YOki 1 mol HCl eritmasini tayyorlashdagi HClning |
ma'muriyatiga murojaat qiling