Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effekti. Termodinamikaning birinchi qonuni

Kimyoviy reaktsiyalarning issiqlik effekti.

2. Termodinamikaning birinchi qonuni.

3. Gess qonuni.

4. Termodinamikaning ikkinchi qonuni.

Xulosa
Foydalanilga n

Ekzotermik reaktsiyalar, endotermik reaktsiyalar, o’zgarmas bosimdagi issiqlik effekti, o’zgarmas hajmdagi issiqlik effekti, issiqlik effekti, termokiyo, sistema, termodinamika, kimyoviy termodinamika, hosil bo’lish issiqligi, yonish issiqligi, erish issiqligi, entropiya.

1. KIMYOVIY REAKTSIYALARNING ISSIQLIK EFFEKTLARI.
Kimyoviy jarayonlar ko’pincha sistemaning ichki energiyasi va entalpiyasi o’zgarishi bilan boradi. Bu vaqtda issiqlik chiqishi yoki yutilishi mumkin. Issiqlik chiqishi bilan boradigan reaktsiya ekzotermik reaktsiya, issiqlik yutilishi bilan boradigan reaktsiya endotermik reaktsiya deb ataladi.
Reaktsiya vaqtida issiqlik chiqishidan (yoki yutilishidan) tashqari sistema kengayishi uchun ish bajarishi ham mumkin, masalan, xlorid kislotaga rux ta‘sir ettirib vodorod olishda bu yaqqol ko’rinadi. Agar reaktsiya issiqligi bilinmoqchi bo’lsa, reaktsiya vaktida energiyaning umumiy o’zgarishi natijasida bajarilgan ish miqdori (yoki ajralib chiqqan elektr energiyasi miqdori) chiqarib tashlanishi kerak. Reaktsiya vaqtida ajralib chiqadigan yoki yutiladigan maksimal issiqlik reaktsiyaning issiqlik effekti deb ataladi. Bu issiqlik o’zgarmas bosim yoki o’zgarmas hajmda olinadi.
Ekzotermik reaktsyailarda ajralib chiqadigan issiqlikdan kimyoviy ishlab chiqarishda foydalaniladi. Masalan, sulfit angidrid oksidlanganda chiqadigan issiqlikdan issiq almashtirgichlarda dastlabki moddalarni kerakli haroratga (400-4500Сga) cha isitish uchun foydalaniladi; ammiak sintezida ajralib chiqadigan issiqlik sintez kolonkalariga kiradigan vodorod va azotni isitish uchun sarflanadi.
Termodinamik sistemaga berilgan issiqlik musbat deb qabul qilinadi, agar sistema issiqlik chiqarsa, bu issiqlik manfiy ifoda bilan yoziladi. Lekin termokimyoda buning aksi qo’llaniladi. Masalan:

СаСО3 = СаО +СО2 – 179,2 кЖ

reaktsiyalarning birinchisida issiqlik ajralib chiqadi, ikkinchisida esa issiqlik yutiladi. Bu termokimyoviy ifodalash bo’lsa, termodinamikaviy ifodalash quyidagicha bo’ladi:

Н2 + О2 = Н2О; Н0 = - 286,06кЖ

СаСО3 = СаО + СО2 ; Н0 = 179,2 кЖ

Oddiy moddalardan 1 mol murakkab modda hosil bo’lishida ajralib chiqadigan yoki yutiladigan issiqlik shu murakkab moddaning hosil bo’lish issiqligi deyiladi. Issiqlik chiqishi bilan hosil bo’lgan moddalar odatdagi sharoitda issiqlik yutilishi bilan hosil bo’lgan moddalarga qaraganda barqarorroq bo’ladi.
Murakkab moddaning 1 moli oddiy moddalarga ajralganda chiqqan yoki yutilgan issiqlik ajralish issiqligi deyiladi. 1 mol modda 300-400 mol erituvchida eriganda ajralib chiqqan yoki yutilgan issiqlik erish issiqligi deyiladi. Erish issiqligi erigan modda bilan erituvchining nisbiy miqdoriga bog’lik bo’ladi. Qattiq modda suvda eritilganda moddaning kiristall panjarasi buziladi va bunda energiya sarflanadi. Shu bilan bir vaqtda erigan modda molekulalari erituvchi molekulalari bilan reaktsiyaga kirishadi (gidratlanish yoki solvatlanish reaktsiyalari), bunda odatda issiqlik ajralib chiqadi, Demak, erish issiqligi kristall panjaraning buzilish issiqligi bilan gidratlanish yoki solvatlanish issiqligining algebraik yig’indisidan iborat.

Termodinamikaning birinchi qonuni issiqlik effekti bilan sistema ichki energiyasining yoki entalpiyaning o’zgarishi orasidagi munosabatni aniqlashga imkon beradi. O’zgarmas hajmda boradigan, ya‘ni izoxorik jarayonlar uchun

Qv = - U
Ya‘ni bunday jarayonlarning issiqlik effekti sistema ichki energiyasining kamayishiga teng. Izobarik jarayonlar uchun esa

Qp = - H
ya‘ni o’zgarmas bosimda boradigan jarayonlarning issiqlik effekti sistema entalpiyasining kamayishiga teng. U va H ning o’zgarishi sistema bosib o’tgan yo’lga bog’lik bo’lmaganligi uchun o’zgarmas bosim va hajmda boradigan jarayonlarning issiqlik effekti ham sistema bosib o’tgan yo’lga bog’liq emas va uning qiymati sistemaning boshlang’ich hamda oxirgi holatlari bilan belgilanadi.

Barcha kimyoviy jarayonlar issiqlik chiqishi yoki yutilishi bilan ro’y beradi. Kimyoviy reaksiyalarda ajralib chiqadigan yoki yutiladigan issiqlik miqdori reaksiyaning issiqlik effekti deyiladi. Issiqlik chiqishi bilan boradigan reaksiyalar ekzotermik, issiqlik yutilishi bilan boradigan reaksiyalar endotermik reaksiyalar deyiladi.
Reaksiyalarning issiqlik effektlarini o’rganadigan bo’lim termokimyo deyiladi. Issiqlik effektlari ko’rsatilgan reaktsiyalar termokimyoviy tenglamalar deb ataladi. Reaksiyaning issiqlik effekti moddalarning fazoviy holatiga, sharoitga bog’liq. Reaksiyalarning issiqlik effektlari bir xil standart sharoitda o’rganiladi. Standart sharoit deganda 298 K(250C) harorat va 101,325 kPa bosim tushuniladi. Termokimyoviy tenglamalarda moddalarning agregat holatlari ko’rsatiladi,
bunda kasrli koeffitsientlar ham ishlatish mumkin.
2H2(g) + O2(g) = 2H 2O (s) + 571,6 kJ
H 2(g) + 1/2O2(g) = H2O(s) + 285,8 kJ
H 2(g) + 1/2O2(g) = H2O (g) + 241 kJ
N 2(g) + O2(g) = 2NO (g) - 180,5 kJ
1/2N2(g) O + 1/2O2(g) O = NO (g) - 90,25 kJ
Termokimyoning asosi G.I.Gess qonunidan iborat bo’lib, u quyidagicha ta’riflanadi:
Reaksiyaning issiqlik effekti reaktsiyada ishtirok etuvchi moddalarning boshlang’ich va oxirgi holatlarigagina bog’liq bo’lib, jarayonning qaysi usulda (soni va tabiatiga) olib borishga bog’liq emas.
Reaksiyaning issiqlik effekti sistema ichki energiyasi va entalpiyasi o’zgarishi natijasidir. Sistemaning ichki energiyasi uni barcha energiyalari yig’ndisi bo’lib unga moddani tashkil etgan atom va molekulalarning ilgarilanma, aylanma harakatlari hamda yadro va elektronlarning energiyalari va hokazo barcha energiyalar yig’indisidan iborat. Ichki energiyaning mutloq qiymatini o’lchab bo’lmaydi, faqat uning o’zgarishi ( DU) ni o’lchash mumkin. Termodinamikaning I qonuniga muvofiq sistemaning ichki energiyasi atrof muhit bilan issiqlik almashinuvi bo’lguniga qadar o’zgarmas bo’ladi. Agar sistemaga tashqaridan qo’shimcha issiqlik energiyasi (Q) berilsa, sistema bir holatdan ikkinchi holatga o’tadi. Yutilgan issiqlik miqdori sistema ichki energiyasining o’zgarishiga va tashqi kuchlarga qarshi bajarilgan ishning yig’indisiga teng bo’ladi:
Q = (Q2 –Q1)=DU + A DU = U2 - U1
Bajarilgan ish esa, sistema bosimi doimiyligida p=const
A = PDV = P(V2 –V1)
Q p = DU + P(V2 –V1) = U2-U1 + P(V2 –V1) =
=(U2 + PV2) - (U1 + PV1) = H2 - H1
Qp = H2 - H1 = DH
U + PV =D H
D H - kattalik entalpiya deb ataladi.
Entalpiyani kengaygan sistemaning energiyasi deyish mumkin. O’zgarmas bosimda boradigan kimyoviy reaktsiyaning issiqlik effekti sistema entalpiyasining o’zgarishiga teng.
O’zgarmas hajmda boradigan jarayonlar uchun jismga beriladigan issiqlik miqdori uning ichki energiyasini o’zgarishiga sarf bo’ladi:
Qv = H2 - H1 = DH
Qp = DH
Ekzotermik jarayonlarda sistemaning ichki energiyasi va entalpiyasi kamayadi, shu sababli
DU < 0; DH < 0 bo’ladi.
Endotermik jarayonlarda esa sistemaning ichki energiyasi ortadi, shu sababli
DU > 0 ; DH > 0.
Barcha kimyoviy jarayonlar issiqlik chiqishi yoki yutilishi bilan ro’y beradi. Kimyoviy reaksiyalarda ajralib chiqadigan yoki yutiladigan issiqlik miqdori reaksiyaning issiqlik effekti deyiladi. Issiqlik chiqishi bilan boradigan reaksiyalar ekzotermik, issiqlik yutilishi bilan boradigan reaksiyalar endotermik reaksiyalar deyiladi.
Reaksiyalarning issiqlik effektlarini o’rganadigan bo’lim termokimyo deyiladi. Issiqlik effektlari ko’rsatilgan reaktsiyalar termokimyoviy tenglamalar deb ataladi. Reaksiyaning issiqlik effekti moddalarning fazoviy holatiga, sharoitga bog’liq. Reaksiyalarning issiqlik effektlari bir xil standart sharoitda o’rganiladi. Standart sharoit deganda 298 K(250C) harorat va 101,325 kPa bosim tushuniladi. Termokimyoviy tenglamalarda moddalarning agregat holatlari ko’rsatiladi,
bunda kasrli koeffitsientlar ham ishlatish mumkin.
2H2(g) + O2(g) = 2H 2O (s) + 571,6 kJ
H 2(g) + 1/2O2(g) = H2O(s) + 285,8 kJ
H 2(g) + 1/2O2(g) = H2O (g) + 241 kJ
N 2(g) + O2(g) = 2NO (g) - 180,5 kJ
1/2N2(g) O + 1/2O2(g) O = NO (g) - 90,25 kJ
Termokimyoning asosi G.I.Gess qonunidan iborat bo’lib, u quyidagicha ta’riflanadi:
Reaksiyaning issiqlik effekti reaktsiyada ishtirok etuvchi moddalarning boshlang’ich va oxirgi holatlarigagina bog’liq bo’lib, jarayonning qaysi usulda (soni va tabiatiga) olib borishga bog’liq emas.
Reaksiyaning issiqlik effekti sistema ichki energiyasi va entalpiyasi o’zgarishi natijasidir. Sistemaning ichki energiyasi uni barcha energiyalari yig’ndisi bo’lib unga moddani tashkil etgan atom va molekulalarning ilgarilanma, aylanma harakatlari hamda yadro va elektronlarning energiyalari va hokazo barcha energiyalar yig’indisidan iborat. Ichki energiyaning mutloq qiymatini o’lchab bo’lmaydi, faqat uning o’zgarishi ( DU) ni o’lchash mumkin. Termodinamikaning I qonuniga muvofiq sistemaning ichki energiyasi atrof muhit bilan issiqlik almashinuvi bo’lguniga qadar o’zgarmas bo’ladi. Agar sistemaga tashqaridan qo’shimcha issiqlik energiyasi (Q) berilsa, sistema bir holatdan ikkinchi holatga o’tadi. Yutilgan issiqlik miqdori sistema ichki energiyasining o’zgarishiga va tashqi kuchlarga qarshi bajarilgan ishning yig’indisiga teng bo’ladi:
Q = (Q2 –Q1)=DU + A DU = U2 - U1
Bajarilgan ish esa, sistema bosimi doimiyligida p=const
A = PDV = P(V2 –V1)
Q p = DU + P(V2 –V1) = U2-U1 + P(V2 –V1) =
=(U2 + PV2) - (U1 + PV1) = H2 - H1
Qp = H2 - H1 = DH
U + PV =D H
D H - kattalik entalpiya deb ataladi.
Entalpiyani kengaygan sistemaning energiyasi deyish mumkin. O’zgarmas bosimda boradigan kimyoviy reaktsiyaning issiqlik effekti sistema entalpiyasining o’zgarishiga teng.
O’zgarmas hajmda boradigan jarayonlar uchun jismga beriladigan issiqlik miqdori uning ichki energiyasini o’zgarishiga sarf bo’ladi:
Qv = H2 - H1 = DH
Qp = DH
Ekzotermik jarayonlarda sistemaning ichki energiyasi va entalpiyasi kamayadi, shu sababli
DU < 0; DH < 0 bo’ladi.
Endotermik jarayonlarda esa sistemaning ichki energiyasi ortadi, shu sababli
DU > 0 ; DH > 0.