6-Mavzu. Termokimyo reja: Moddani ichki energiyasi, entalpiya. Entropiya. Gibbs energiyasi
Download 194.09 Kb. Pdf ko'rish
|
1 2
Bog'liq1. Moddani ichki energiyasi, entalpiya. Entropiya. Gibbs energiy
Entropiya. Issiqlik mashinalarida issiqlikning ancha qismi bekorga sarflanadi. Boshqa
turdagi energiyalardan foydalanilganda ham energiyaning ma’lum qismi issiqlikka aylanib, bir qismi bekorga isrof bo’ladi. Masalan, elektr lampochkasida elektr energiyasining faqat ozgina qismi yorug’likka, qolgan qismi esa issiqlikka aylanadi. Issiqlikka aylangan energiya atrof muhitga tarqalib ketadi va undan foydalanib bo’lmaydi; demak, energiya miqdori o’zgarmasa ham, uning sifati o’zgaradi, ya’ni energiya o’z qiymatini yo’qotadi. Qiymatini yo’qotgan bunday energiya miqdorini ifodalash uchun termodinamikaga entropiya tushunchasi kiritilgan. Izotermik (o’zgarmas haroratda) jarayonda yutilgan issiqliklar yig’indisining mutlaq haroratga nisbati sistema entropiyasining o’zgarishi deb ataladi va quyidagi qiymatga ega bo’ladi: ∆S - Q/T Muvozanat holatidagi har qanday sistema "entropiya" nomli o’ziga xos holat funksiyasiga ega bo’lib, entropiyaning qaytar jarayonlarda o’zgarishi ∆S = S2- S, = Q/T tenglama asosida hisoblanadi (bu yerda, Q — mazkur harorat T da yutiladigan yoki ajralib chiqadigan issiqlik miqdori). Agar jarayon o’zgaruvchan haroratda sodir bo’lsa, entropiya o’zgarishini hisoblash uchun barcha haroratlardagi Q/T laming yig’indisini olish kerak. Entropiyaning haqiqiy ma’nosini quyidagicha tushunish mumkin. Entropiya moddada yuz berishi mumkin bo’lgan va uzluksiz o’zgarib turadigan holatlarni aks ettiruvchi funksiyadir. Moddaning ayni sharoitdagi holati juda ko’p turli-tuman mikroholatlar tufayli yuzaga chiqadi, chunki modda zarrachalari doimo uzluksiz to’lqinsimon harakatda bo’lib, bir mikroholatdan b°shqa mikroholatga o’tib turadi. Bolsman nazariyasiga muvofiq holatlar soni bilan entropiya orasida quyidagi bog’lanish mavjud: S = R/N-lnW N — Avogadro soni, R — universal gaz doimiysi, W -mikroholatlar soni. Uzluksiz o’zgarib turadigan mikroholatlar soni qancha ko’p boisa, modda holatining tartibsizlik darajasi ham shunchalik katta bo’ladi. Modda tartibli holatdan tartibsiz holatga o’tganda uning entropiyasi ortadi. Entropiya o’zgarishi quyidagi formula bilan ifodalanadi: ikkinchi holatdagi tartibsizlik ∆S = Rln ----------------------------------- birinchi holatdagi tartibsizlik V.l. Turli jarayonlarda entropiyaning o’zgarishi. Modda yuqori haroratli holatda bo’lsa, uning entropiyasi yuqori bo’ladi. Masalan, 1mol suvning entropiyasi 1mol muzning entropiyasidan 21,0 kJ ortiq bo’ladi. Qizdirilganda moddalarning entropiyasi ortadi, hajm o’zgarganda gazlarda ham shunday bo’ladi. Bosim ham gazlarning entropiyasiga keskin ta’sir etadi. Bosimning ortishi gaz entropiyasini oshiradi. Modda holatining o’zgarishi entropiyaning o’zgarishiga katta ta’sir etadi. V. 1-rasmda keltirilgan grafikda harorat oshganda entropiyaning modda holati o’zgargandagiga nisbatan deyarli o’zgarmasligi ko’rsatilgan. V.1.- rasm. Entropiyaningharoratga bog’liqligi Grafikda modda holatining o’zgarishi entropiyaning keskin o’zgarishiga sabab bo’lishini ko’ramiz.Demak, entropiyaning o’zgarishi moddaning tartibsizlik darajasiga to’g’riproporsionaldir.Entropiya qiymati J/molgrad bilan o’lchanadi. Suyuqlik bug’ holatiga o’tganida,kristall modda suvda eriganda, ya’ni modda bir agregat holatdan ikkinchi agregat holatgao’tganida sistemaentropiyasi ortadi. Agar bug’ kondensatsiyalanib suyuq yoki kristall holatga o’tsa, modda entropiyasi kamayadi. Shuningdek, kimyoviy jarayon vaqtida ham entropiya ortishi yoki kamayishi mumkin. Masalan: C(q) + CO2(g)>2CO2(q) reaksiyasida sistema entropiyasi ortadi. 3H2(g)+N2(g) ->2NH3(g) Misol: 1 mol suv 100°C da bug’latildi. Suvning solishtirma qaynash issiqligi 225,8 kJ bo’lsa, 1 mol suv 100°C da bug’langanda uning entropiyasi qanchaga ortadi? Yechish. Suvning qaynash haroratsida bug’lanishi izotermik jarayon bo’lgani uchun suv entropiyasining ortishi S = Q/T formula bilan hisoblab topiladi: Q = 539,818 = 9716,4 kal; T= 273,2 + 100 = 373,2°; 9716,4 kal kal ∆S = --------- = 26,04 ----------- yoki 108,85 ------------- 373,2 gradmol grad-mol Demak, entropiya 108,85 J/grad. mol ga ortar ekan. V.2. Erkin va bog’langan energiya. Termodinamika qonuniga muvofiq jismdagi energiyaning bir qismi ishga aylanmaydi, jarayon mobaynida jism ichki energiyasining faqat ma’lum qismigina ishga aylanishi mumkin. Jism energiyasining ishga aylanishi mumkin bo’lgan qismi uning erkin energiyasi, ishga aylana olmaydigan qismi esa bog’langan energiya deb ataladi. Shunday qilib: U = F + Q bu yerda: U — jismning ichki energiyasi, F — erkin energiya, Q __ bog’langan energiya. Jismdagi bu energiyalarning mutlaq qiymatini hisoblab po lmaydi, lekin jarayon vaqtida bajarilgan ish va chiqarilgan issiqlik asosida jismdagi energiyaning o’zgarishini aniqlashmumkin. Erkin energiya jismda potensial energiya holida bo’ladi.Jism ish bajarganda uning erkin energiyasi kamayadi. Masalan,dastlab jisraning erkin energiyasi F, ma’lum ishni bajargandan keyin, uning erkin energiyasi F2 bo’lsin; u holda o’zgarmas jismda bo’ladigan qaytar izotermik jarayon natijasida hosil bo’lgan maksimai ish F, va F2 orasidagi ayirmaga teng bo’ladi: A=F2– F1 = -∆F. O’zgarmas bosimda sodir bo’ladigan qaytar izotermik jarayon vaqtida bajariladigan maksimal ishning qiymati dastlabki va oxirgi izobarik potensiallar G 1 va G2 orasidagi ayirmaga teng bo’ladi: G2- G1 = - ∆G Bog’langan energiya Q = T∆S formula bilan ifodalanadi; ∆S —jarayon vaqtida entropiyaning o’zgarishi. V.З. Termodinamikaning birincbi va ikkinchi qonunlari birlashgan tenglamasi. Erkin va bog’langan energiya degan tushunchalar aniqlab olindi. Endi termodinamikaning birinchi hamda ikkinchi qonunlarining birlashgan tenglamasini yozish mumkin. Agar qaytar jarayonda issiqlikning ishga aylana olmaydigan eng kichik miqdorini ∆Q bilan ifodalasak, bu issiqlik bog’langan energiyaga teng bo’ladi: ∆Q = T∆S Demak, qaytar jarayonlar uchun: ∆S = ∆Q / T formula hosil bo’ladi. Agar bog’langan energiya ifodasini termodinamikaning birinchi qonuni formulasiga, ya’ni: ∆Q =∆U + ∆A da qo’ysak, T∆S =∆U + ∆A voki T∆S = ∆U — ∆F, yoki ∆F =∆U — T∆S o’zgarmas bosimdagi jarayon uchun esa ∆G = ∆N - T∆S tenglama kelib chiqadi. Bu tenglama termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonunlari qaytar jarayonlar uchun xos bo’lgan umumiy tenglamasidir. Entropiya va entalpiya faktorlari ∆G = ∆H - T∆S tenglamada; ∆H — entalpiya faktori va T∆S uning entropiya faktori deb yuritiladi. Ular bir-biriga qarama-qarshi intilishlarni ifodalaydi. ∆H sistemada tartibsizlik darajasini kamaytiradi yoki tartibsizlik darajasini kamaytirishga intiladi. T∆S esa tartibsizlik darajasini ko’paytirishga intiladi. ∆G = 0 boiganida entalpiya faktori uning entropiya faktoriga teng bo’ladi: ∆H0= T∆S Bu sharoitda sistema muvozanatda bo’ladi. O’z-o’zicha sodir boiadigan reaksiyalar uchun ∆G<0 dir. Bu sharoitda sistema muvozanat holatga keladi. Bu yerda uchta muhim holat boiishi mumkin. ∆H0 ham, AS ham reaksiyaning borishiga yordam beradi. Buning uchun ∆H<0 va ∆S>0 boiishi kerak. Bunda asosiy vazifani entalpiya faktori bajaradi. Reaksiyaning borishiga faqat ∆H0 yordam beradi. Bu holda ∆H0 manfiy qiymatga ega bo’ladi: ∆H<0, T∆S<0 entropiya qarshilik qiladi. ∆H°>0 bolib, entropiya faktori T∆S ∆H0 dan katta boiganida ham reaksiya o’z-o’zicha borishi mumkin. Demak, ekzotermik reaksiyada entalpiya ∆H0 ning ortishi entropiya faktori T∆S° ning ortishini "bosib ketadi". Endotermik reaksiyalarda (yuqori haroratlarda) entalpiya faktori bosa olmaydi". Masalan: 1/2 N2+ 1/2 02= NO reaksiya uchun∆H°= 91,37 kJ. T∆S = 298-[210,6—(1/2-199,9 -1/2-205,4)] - 3kJ. Mashqlar 1. Kinetik energiya bilan potensial energiya farqlarini tushuntirib bering. Misollar keltiring. 2. Oyning massasi 7,3-1022 kg ga teng. Oy Yer atrofida 1,0-103 sm/s chiziqli tezlik bilan harakatlanadi. Oyning Yerga nisbatan kinetik energiyasini toping. 3. 3, O’zi-o’zicha ro’y beradigan reaksiyalarda erkin energiya qanday o’zgaradi. O’zi bormaydigan reaksiyalarni majburan o’tkazib bo’ladimi? Mumkin bo’lsa qay tarzdaligini tushuntiring. 4. Aytaylik, bir katta idishga 500 ta oq rangli va 500 ta ko’k rangli sharchalar baravariga joylashtirildi. Sharchalar "aralashmasi" entropiyasi bilan oq hamda ko’k sharchalar aralashtirilguncha bo’lgan entropiyalar yig’indisi qay holda ortiq bolishini tushuntiring. Download 194.09 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
1 2
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling