4 соат “Кимёвий ишлаб чиқариш энерготехнологиялари ” фанининг келиб чиқиши ва ривожланиши

Потенциаллар. Кимёвий потенциаллар (2 соат). Максимал фойдали иш. Ле-Шателье принципи
Режа:

1. 
   Максимал фойдали иш.
   
2. 
   Гиббс энергияси
   

3. Ле-Шателье принципининг кулланилиши

Берилган босимда ва температурада максимал фойдали иш системанинг изобар-изотермик потенциалининг (ёки эркин энталпия), Гиббс энергияси узгаришининг худди узи) узгаришига тенг.

(1.6)
бу ерда ΔН – жараёнинг боришида энталпиянинг узгариши (жумладан кимёвий реакциянинг); Т – температура; ΔS – энтропиянинг узгариши;  Q – иссиклик микдорининг чексиз кичик узгариши.
Мадомики (1.7)
Идеал газ учун Pv=RT назарда тутиб, (1.6 ва 1.7) тенгламалардан айрим хол учун куйидагини оламиз:

(1.8) тенгламада биринчи хад жараён боришида энталпиянинг, иккинчи ва учунчи хадлар эса энтропиянинг узгаришини характерлайди. Тенгламадан куриниб турибтики, биринчи икки хад кимёвий реакциянинг ишораси ва иссиклигининг кийматига, (ёки бошка жараёндан), учинчи хад эса реакция давомида босимнинг кандай узгаришига боглик булади.

2. Гиббс энергияси
Маълумки, Гиббс энергиясининг камайиши реакциянинг утишига шароит яратади яъни G кийматини нольдан кичик булиши керак (G_охирг.-G_{бошлан.}=G<0). Купинча айрим холларда энтропия узгаришининг таъсирини хисобга олмасак, кимёвий реакция утиши шароити энталпияни камайиши Н<0, Н₂<Н₁ (экзотермик реакция) билан боглик булади, яъни бу холда Бертело принципи хак булади (1.8) тенгламада умумий холда G<0 шартига риоя килинади, агарда реакция факатгина иссиклик чикариш билангина утмай балки хажмининг ортиши билан (v₂>v₁) утса.
(1.8) тенгламанинг иккинчи хади бу холда тескари таъсир курсатади яъни энтальпия узгаришининг абсолют киймати канча катта булса, тенгламанинг хадининг абсолют киймати шунча катта булади. Агар Н=0, у холда реакцияни утиши учун реакция даврида хажм ортиши зарур булади (v₂>v₁), Агар реакция эндотермик булса (Н>0) реакция утиши учун v₂>v₁ зарур (етарли эмас) шароит булаолади. Нихоявий жавобни конкрет хисобдан сунг факатгина олиш мумкин.
Хусусий холларда (1.8) тенглама жуда оддий тенгламаларга айланади. Агар, хажм реакция утишида узгармаса, реакция иссиклиги реакция аралашмасини киздиришга сарфланса, у холда: dH=C_pdT ва
(1.9)
Агар энтальпия жараён боришида узгармаса (Н=0), мисол учун идеал газнинг кенгайишида тенглама куйидаги куринишга эга булади.
(1.10)
Кимёвий реакцияда
(1.11)
бу ерда а- дастлабки реакция аралашмасида компонент активлигининг коэффициенти; h, j, n, m – стехиометрик коэффициентлар; К_а – суюк ноидеал эритмада реакция кетганда компонентлар активлиги оркали ифодаланган мувозанат реакциясининг термодинамик константаси: (1.12)
Агар реакция газ фазасида утса, тенгламага (1.11) активлик урнига учувчанлик (фугитивлик) ва f_i учувчанлик оркали ифодаланган мувозанат константаси киради. Агарда суюк ёки газовий фазанинг идеал аралашмасидан иборат булса, (1.11) тенгламага суюк фазанинг х_i компонентларнинг концентрация ва концентрация оркали ифодаланган К_х мувозанат концентрацияси ёки Р_i компонентнинг парциал босими ва парциал босим оркали ифодаланган К_р мувозанат константаси киради, яъни мос равишда:
(1.13)
(1.14)
Мадомики харакандай реакция факат Гиббс энергияси камайиши йуналишида борса, реакцияни кайтар холда олиб борилганда эса максимал фойдали ишни олиш мумкин А=-G, механик ёки электрик энергиянинг микдори реакцион аралашмада эркин энергиянинг реакция температурасида камайишига баравар. Кимёвий кайтар йулда олиб боришини таъминловчи идеал курилма булиб, уни амалга оширадиган ёкилги элементи хисобланади. Унда Вант-Гофф ящики типидаги тузилмада кимёвий реакция энергияси бевосита электр энергиясига утади.
Реал шароитларда кимёвий реакциялар купинча кайтмас холда утади яъни улар Гиббс энергиясидан факатгина кам даражада фойдаланилади. Гиббс энергияси йукотмаларини камайтиришини таъминлайдиган турли техник усуллар ишлаб чикилган, булар тугрисида кейинрок батафсил тухтаб утамиз.
Юкорида курсатилганлардан умумий характерга эга булган баъзи бир хулосаларни килишимиз мумкин. Ушбу холатдаги системадаги Гиббс энергияси - ва мувозанат шароитидаги Гиббс энергияси уртасидаги айирмага тенг G=-G_охирги +G_бошл.0-G киймати доимо мусбат ва харкандай жараённинг умумлаштирилган харакатлантирувчи кучидан иборат (шу жумладан кимёвий реакция, масаалмашув жараёни). Реакцияни квазистатик йул билан олиб борилганда G чексиз сёкин узгариши керак яъни харкандай дамда G=0. Бу юкорида айтилгандек жараённинг кайтмаслиги учун зарур, ёки етарли шарт эмас.
Мадомики dG=-SdT+VdP (1.15)
У холда (G/T)_p=-S (1.16)
ва (G/T)_T=V (1.17)
Экзотермик изобар жараёнида система энтальпияси озаяди яъни .
Демак, (1.16) тенгламага мос равишда температурани ортиши билан G киймати ортади, яъни реакция мувозанати чапга дастлабки компонентлар томонига силжийди, жараённинг харакатлантирувчи кучи эса камая бошлайди. Температура пасайиши билан мувозанат мос равишда унга силжийди.
Шунга ухшаш, эндотермик реакция мувозанатини унга силжитиш учун температурани кутариш керак. Шундай килиб, (1.16) тенглама Ле-Шателье принципини асослайдиган натижалардан иборат.