3-mavzu. Tеrmоdinаmik sistеmа vа uning tа`rifi. Sistеmаning iсhki enеrgiyasi vа issiqlik sаqlаmi – entаlpiya

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

U₂ - U₁ = dQ - p ( V₂ - V₁ ) bundan yutilgan issiqlik dQ:

dQ = ( U₂ - U₁ ) + p ( V₂ - V₁ )

dQ = U₂ - U₁ + pV₂ - pV₁ = (U₂ + pV₂) - ( U₁ + pV₁ )

H = U + pV; bо’lgani uchun dQ = H₂ - H₁ = dH

dQ = dH

Doimiy hajmga 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 V2-V1=0 Q=U2-U1=DU dQ=DU

p=const dQ=dU+pdV dQ=d(U+pV) dQ=dH 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 qat`iy ekvivalent tarzda о’tishi mumkin». Termodinamikaning bir qancha ta’riflari mavjud. Ammo ularning hammasi bir maqsadni - energiyani yо’qolmasligini va о’zaro bir-biriga о’tishining qat’iy ekvivalent ekanligini ifodalaydi. Masalan, Gelmgolts (1847 y.) energiyaning saqlanish printsipi: «Alohida olingan (izolirlangan) sistemaning umumiy energiyasi doim о’zgarmas qiymatiga ega bо’ladi. U yо’qdan bor bо’lmaydi va yо’qolib ham ketmaydi”. Termodinamikaning birinchi qonuniga muvofiq yо’qdan energiya olib, abadiy ishlaydigan mashina ( I xil abadiy dvigatel) qurib bо’lmaydi. Har qanday jismda ma’lum energiya zapasi bо’ladi. Bu ichki energiyadir. Ichki energiya: sistemaning umumiy energiya zonasi (manbai) bilan о’lchanadi. U «U» harfi bilan ifodalanadi. Ichki energiya nimalardan tashkil topadi: molekulalarning ilgarilama harakatining energiyasi molekulalarning aylanma harakat energiyasi molekulalarning о’zaro tortilish va itarilish energiyasi atomlar va atomlar guruhining tebranish energiyasi elektronlarning aylanish energiyasi atom yadrosida bо’ladigan va x.k. energiyalar. 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. 2H2 + O2 = 2H2O + Q, U1 > U2 , D U = U1 - U2 U1 U2 U1 va U2 ni topish mumkin emas. U1 va U2 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 U1 bо’lsa, B -nuqta U2 bо’lsa, A nuqtadan B nuqtagacha 1 yо’l bilan о’tilsa, Bdan Aga qaytish esa 2 yо’l bilan sodir bо’lsa. Agarda ichki energiyani о’zgarishi bosib о’tilgan yо’lga bog’liq bо’lsa, DU1> DU2 bо’lsin. U holda bu halqani bir necha marta qaytarib, sistemada energiyani yig’ib olish mumkin bо’lardi, bu energiyani hech qanday manbai bо’lmasdi. Bu energiya saqlanish qonuniga xilofdir. Shuningdek ichki energiya bosib о’tilgan yо’lga bog’liq emas, sistemaning 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. (D U = A + Q ) D U - sistemani bir holatdan boshqasiga о’tgandagi ichki energiyani о’zgarishi. Termodinamikaning birinchi qonunini shunday ifodalash (D U = Q - A) о’rniga nazariy va amaliy kimyo halqaro uyushmasi tomonidan tavsiya etilgan. Q = D U + A D U = Q - A Ya’ni: Biror sistema ichki energiyasining о’zgarishi (D 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. Aniq misol: H2SO4 + Zn ® ZnSO4 + H2 ­ + Q Agar H2SO4 va Zn bir molekuladan olinsa 143,1 kj (34200 kal) Q ajralib chiqadi. A = p S h; S h = V; A = pV; p V = Q T; A = Q T = 1,986 kal 293 = =582 g kal/mol 1 - issiqlik ajralib chiqdi. 2 - reaksiya vaqtida ajralib chiqqan H2 gazi tashqi bosimga qarshi ish bajarib porshenni h balandlikka kо’tardi. A= p S h = pV; dQ=dU + dA dQ=dU+pdV bu ham termodinamikaning birinchi qonunini matematik ifodasi. Nazorat savollari: 1.Kimyoviy tеrmоdinаmikаning birinchi qоnunining ta`rifi vа uning аnаlitik ifоdаsi qanday? 2.Ichki enеrgiya nima ? 3. Kinetik va potensiyal energiyani tushuntirib bering?

Nazorat savollari:

1. 
   Sistema va uning turlari misollar yordamida ta`rif bering?
   
2. 
   Faza nima va u qanday faktorlarga ega?
   
3. 
   Termodinamik jarayonlarni bilgan holda “abadiy dvigatel” yaratish mumkinmi?