Kurs ishi mavzu: Kimyoviy muvozanat termodinamikasi. Kimyoviy reaksiyaning izotermik, izobarik va izoxor tenglamalari. Muvozanat konstantalari. Kurs ishi rahbari: Turaxonov Sh. O. Andijon -2023 Mundarija Kirish I bob Kimyoviy muvozanat

Kurs ishining obyekti. Kimyoviy muvozanat termodinamkiasi termodinamik jarayonlar kimyoviy muvozanat konstantasi.
Kurs ishining perdmenti.Asosiy tadqiqot obyektlari kimyoviy termodinamik muvozanat. Kimyoviy reaksiyaning izotermik,izobarik va izoxor tenglamalari. Muvozanat konstantalari.
Kurs ushung ilmiy amaliy ahamiyati Ilmiy jihatidan kimyoviy muvozanat hamda termadinamik jarayonlarni ilmiy ahamiyati haqida. Amaliy jihatidan hosil bo`lishi hisoblash usullari ko`rib chiqish va ularni o`rganishdan iborat.
Kurs ishing hajmi. Ushbu kurs ishi 25 betdan iborat bo`lib 3 ta bobni o`z ichiga oladi,kurs ishi Ichida kirish qism, xulosa va foydalanilgan adabiyotlar bandidan tashkil topgan

I bob. Kimyoviy muvozanat.
Kimyoviy muvozanat – toʻgʻri va teskari reaksiyalar tezligi tenglashgan holat. Masalan, N2+3H2 p±2NH3 reaksiyasida azotning vodorod bilan birikish (toʻgʻri reaksiya) tezligi ammiakning azot va vodorodga parchalanish (teskari reaksiya) tezligiga teng. K.m. sodir boʻlganda reaksiya goʻyoki toʻxtab qolgandek koʻrinadi, aslida ikkala reaksiya ham davom etadi, biroq bu reaksiyalarning biri ikkinchisining natijasini yoʻqqa chiqaradi. Mohiyatiga koʻra, K.m. dinamik muvozanatdir. Oʻzgarmas muhit (kislotali yoki asosli) va sharoitda (temperatura, bosim) reaksiyaga kirishayotgan moddalar konsentratsiyasining oʻzgarmasligi Kimyoviy muvozanatning muhim belgisidir. Kimyovi muvozanatni oʻrganish nazariy tadqiqotlar va turli amaliy masalalarni hal qilishda katta ahamiyatga ega. Kimyoviy jarayonda hosil bo‘ladigan mahsulotlar konsentratsiyasi ma’lum miqdorga yetganda reaksiya tezligi kamaya borishi ma’lum miqdordagi mahsulotning boshlang‘ich moddalarga aylanishi bilan bog‘langan. Bunday vaziyatda o‘ng tomonga boradigan reaksiya tezligi bilan chap tomonga boradigan reaksiya tezligi orasida ma’lum munosabat kuzatiladi. Bu munosabat o‘zgarmas bo‘lganda sistema dinamik muvozanat holatiga o‘tadi. Bunday muvozanatda qarama-qarshi tomonlarga yo‘nalgan reaksiyalar tezliklari bir-biriga teng bo‘lib, vaqt birligida qancha mahsulot hosil bo‘lsa, shuncha miqdorda u parchalanib boshlang‘ich moddalarga aylanadi. Bunday sistemalar uchun muhim xususiyatlar mavjud:
a) muvozanat holatdagi sistema tarkibi vaqt o‘tishi bilan o ‘zgarmaydi;
b) agar shunday sistemada tashqi ta’sir natijasida muvozanat buzilsa, u tashqi kuch yolqolishidayoq o ‘z holatiga qaytib keladi;
d) dinamik muvozanatni omillar ta’sirida xohlagan tomonga siljitish mumkin.
Qaytar reaksiyalar boshlangan vaqtda o‘ng tomonga boradigan reaksiya tezligi ma’lum miqdorda moddalar hosil qilib ortib boradi, u maksimal qiymatga ega bo’lgandan keyin, reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsen­tratsiyasi kamaya boradi va natijada tezlik ham tobora kamayib boradi. Mahsulot miqdori ortib borishi natijasida teskari reaksiya tezligi ham ortib borishi tabiiydir. Shu jarayon qarama-qarshi tomon borayotgan reaksiyalar tezligi bir xil kattalikka ega bo’lguncha davom etadi. Shunday qaytar reaksiyalar holatini muvozanat konstantasi tavsiflaydi.
aA + bB = cC + Dd
uchun o‘ngga va chapga boradigan reaksiyalar tezlik ifodalari
vo.= ko.[A]a • [B]h va vch= kch[C]c • [D]d bo‘ladi,
kr va ko’ ikkala reaksiyaning tezlik konstantalari. Ikkala reaksiya tezligi tenglashganda (vo.= vch) ko’ Ikkala reaksiya tezligi tenglashganda (vo.= vch) k o,[A]a • [ 5 ] b= kch[ C)c • [ D]d bo‘lad i, undan= kch[ C)c • [ D]d bo‘ladi, undan
KM=kyk=[C]c∙[D]d[A]a∙[B]b
(KM — muvozanat konstantasi.) Har bir qaytar reaksiya uchun bu qiymat ma’lum sharoitda doimiy kattalikka ega. U reaksiyada qatnashuvchi m oddalar konsentratsiyasiga bog‘liq emas, lekin temperatura o‘zgarishiga sezgir. Endotermik jarayonlarda temperatura ko‘tarilsa, muvozanat konstantasi kattalashadi va aksincha, ekzotermik jarayonlarda esa uning kichiklashishiga olib keladi. Muvozanat konstantasini hisoblash uchun reaksiyada qatnashuvchi moddalarning muvozanat konsentratsiyalarini amalda aniqlash talab etiladi. Bu qiymatlardan boshlang‘ich moddalar konsentratsiyalarini hisoblash mumkin. Kimyoviy muvozanat qiymati qancha katta bo ‘lsa, mahsulot unumi shuncha yuqori bo‘ladi. Muvozanat holatini katalizatorlar o ‘zgartirmaydi, lekin muvozanat holat qaror topishini tezlatadi, ya’ni sistemaning statsionar holatga kelishini osonlashtiradi. Geterogen kimyoviy muvozanat Geterogen sistemalarda qattiq yoki suyuq moddalar konsentratsiyasi gazlarnikiga o’xshab o‘zgarmaydi. Ularning konsentratsiyalari reaksiya tezliklari fodasiga kirmasligi to‘g‘risida aytib o‘tilgan edi. Shunday holat muvozanat konstanta ifodasi uchun ham o‘rin topadi. Masalan, C(k)+ CO2(g)= 2 CO(g) tenglamasi uchun
KM=[CO]₂[CO₂]
ifodani gaz moddalar uchun konsentratsiyasini parsial bosim bilan almashtirsak
KM=P[CO]P[CO₂]
bo‘ladi. Le Shatelye prinsipi. Har qanday muvozanat holatidagi sistemaga tashqi omillar (reaksiyada qatnashuvchi moddalar konsentratsiyasi, gazlar uchun tashqi bosim, temperatura) ta’siri natijasida muvozanat o‘zgarishi kuzatiladi. Muvozanatning o‘zgarishini 1884-yilda Le Shatelye ta’rifladi: Muvozanat holatda turgan sistemaga biror tashqi ta’sir o‘tkazilsa (temperatura, bosim yoki m oddalardan birining konsentratsiyasi о‘zgartirilsa), muvozanat shu ta’sirni kamaytiruvchi reaksiya tomon siljiydi. Sistema temperaturasi ko‘tarilganda muvozanat endotermik jarayon tomoniga, bosim orttirilganda hajmi kamroq bo’lgan moddalar hosil bo‘ladigan reaksiya tomon siljiydi. Le Shatelye prinsipiga asoslangan holda kimyoviy jarayonlarni boshqarish imkoniyatiga ega bo‘lamiz. Misol uchun o‘ng tomonga boradigan ekzotermik (teskari tomonga esa endotermik) jarayonni olamiz:
N₂+ 3H₂ = 2NH₃, ΔH°298 = -92 kJ
Temperatura orttirilganda muvozanat chap tomonga siljiydi, ya’ni ammiakning parchalanishiga olib keladigan reaksiya tezligi ortadi. Tempe­ratura pasayganda (sistema sovitilganda) muvozanat ammiak sintezi (o‘ng tomon) ortadigan tomon siljiydi. Xulosa qilib aytganda, temperatura ortganda muvozanat endotermik reaksiya tomon, temperatura pasaytirilganda ekzotermik jarayon tomon siljiydi. Bosim o‘zgarishi bu sistema muvozanatiga ta’sir ko‘rsatadi. Yopiq idishda o’zgarmas temperaturada mahsulotlar kam hajm egallaydi, boshlang‘ich moddalar esa ko‘proq hajm egallaydi. Demak, reaksiya to’g‘ri tomonga borishi natijasida sistemada bosim kamayadi, reaksiya teskari tomonga borganda esa bosim ortadi. Reaksion hajmni siqilganda muvozanat o‘ng tomonga siljiydi va aks holda, bosim kamaytirilganda muvozanat chap tomonga siljiydi. Konsentratsiya o’zgarishining muvozanatga ta ’sirini ham Le Shatelye prinsipi tushuntiradi. Agar boshlang‘ich moddalardan birining konsentratsiyasi orttirilsa, shu modda ishtirokida o‘ng tomonga boradi­gan reaksiya tezligi ortadi, ya’ni qo‘shilgan modda konsentratsiyasini kamaytirishga olib keladigan reaksiya tezligi teskari tomonga boradigannikiga qaraganda kattaroq bo‘ladi, muvozanat o‘ng tom onga siljiydi. Yuqorida ko‘rib o‘tilgan omillarning muvozanatga ta’siri natijalaridan amaliy xulosalar qilish mumkin. Bizning misolimizda ammiak unumini orttirish uchun reaksiyani mumkin qadar past temperaturada va boshlang‘ich moddalardan birining konsentratsiyasi tenglamadagi stexiometrik nisbatlarga nisbatan kattaroq bo‘lgan sharoitda olib borish yaxshi natijaga olib keladi. Lekin, H₂ va N₂ aralashmasining temperaturasi kamaygan sari reaksiya tezligi ortavermaydi, past temperaturada zarrachalar harakat tezligi kamayadi, aktiv zarrachalar soni kamayadi, reak­siya tezligi ham kamayib ketadi. Shu sababli temperaturani ma’lum darajagacha kamaytiriladi. Kimyoda katta ishora qilingan kimyoviy muvozanat. Kimyoviy reaksiyalar teskari yo'nalishda erishishi mumkin bo'lgan holat va unda reaksiyaga kirishuvchi moddalar ham, reaktsiyaning o'zida ishtirok etadigan mahsulotlar konsentratsiyasida ham farq bo'lmaydi. Kimyoviy muvozanat harakatchan va harakatsiz bo'lish bilan tavsiflanadi. Bu shuni anglatadiki, barcha molekulalar va atomlar doimiy reaksiyaga kirishishda davom etadilar, lekin bir xil konsentratsiyalarda saqlaydilar. Kimyoviy muvozanat haqida gapirganda, o'tish o'zgarishi sodir bo'ladigan narsaga o'xshash narsa haqida gapiramiz. Seta o'zgarishi havolani uzib qo'ymasligi mumkin. Bir misol keltiramiz: xuddi qattiq moddalar singari o'z bug'lari bilan muvozanatda bo'lishi mumkin bo'lgan suyuqlikni ishlatamiz. Muvozanatni muvozanat o'rnatamiz, agar qattiq narsa cho'kganda yoki kristallanganda atrofdagi suv bilan ham muvozanatda bo'lishi mumkin. Kimyoviy muvozanat kimyo sanoatida juda muhimdir. Shu tarzda, sintez va rentabellikni yaxshilash mumkin. Kimyoviy muvozanat o'rnatilgandan so'ng, bu muvozanat buzilmasa, boshqa o'zgarishlar yoki javoblarni olish mumkin emas. Odatda, u tashqi harakatlar tomonidan to'xtatiladi. Mahsulotning sintezi bosim, hajm yoki harorat kabi bir nechta parametrlar bilan o'zgartiriladi. Agar oxirida biz ushbu parametrlarning qiymatlari bilan doimiy ravishda o'ynasak, balans maksimal ishlab chiqarishga erishish mumkin bo'lganda hosil bo'ladi. Aks holda, agar biz yaxshi hisoblamasak, kimyoviy muvozanat sizda yaxshi miqdordagi mahsulotlar bo'lmaydi va ular qoniqarsiz bo'ladi. Ya'ni, u past rentabellikka ega bo'ladi va iqtisodiy jihatdan maqsadga muvofiq bo'lmaydi. Bularning barchasi, agar uni ekstrapolyatsiya qilsak, kimyo sanoatida va uning miqyosidan qat'iy nazar har qanday sintez uchun foydalidir. Shubhasiz, biz yanada keng ko'lamli ishlab chiqarish mavjud bo'lgan taqdirda ishlab chiqarishni optimallashtirishimiz kerak bo'ladi.
Kimyoviy muvozanatda ko'proq mahsulot yoki ko'proq reaktiv moddalar bo'lishi mumkin. Bularning barchasi ushbu muvozanatni almashtirish yo'nalishiga bog'liq. Agar barcha omillarni hisobga olsak, kimyoviy muvozanatni har ikki tomonga siljitishimiz mumkin. Shuni hisobga olish kerakki, yo'nalishlarning bu o'zgarishi kimyoviy reaksiya qaytarilgunga qadar sodir bo'lishi mumkin. Bu qanday sodir bo'lishini va kimyoviy muvozanatga erishish uchun nima kerakligini tushuntirib beramiz. Birinchi narsa, oldin nima bo'lishini ko'rishdir. Biz butunlay teskari bo'lgan quyidagi reaktsiyani ko'rib chiqamiz. Bu erda biz 2 mol azot dioksidiga aylangan azot tetraoksidga egamiz. Ularning ikkalasi ham gazlardir. Birinchi gaz reagent rangsiz, ikkinchisi jigarrang yoki jigarrang rangga ega. Agar ma'lum miqdordagi reaktivlarni shisha yoki kichik idishga solsak, Kimyoviy muvozanat o'rnatilguncha rangsiz ekanligini ko'ramiz.
Reaktivlarning kontsentratsiyasi vaqt o'tishi bilan kimyoviy reaksiya sodir bo'lganligi sababli asta-sekin pasayishni boshlaydi. Uning bir qismi dissotsilanib, azot dioksidi molekulalarini hosil qiladi. Reaksiya boshlanishida bir xil kontsentratsiya nolga teng bo'lsa-da, reaktiv ajrala boshlagach, u ko'paya boshlaydi.
Biroq, biz qaytariladigan kimyoviy reaktsiya haqida gapiramiz, shuning uchun mahsulot molekulalarining bir qismi reaktivlarni qayta hosil qilish uchun qo'shiladi. Bu shuni anglatadiki to'g'ridan-to'g'ri va teskari ikkita reaktsiyaning o'z tezligi bo'ladi. Kimyoviy muvozanatda reaktsiya tezligi qanchalik muhimligini ko'rib chiqamiz. Dastlab biz reaktiv moddalarni iste'mol qilish darajasi mahsulotlarni iste'mol qilish tezligidan katta bo'lishini bilishimiz kerak. Shunday qilib, boshida, faqat azot tetraoksidi bo'lgani uchun, azot dioksididan hosil bo'lgan ozgina molekulalar bir-biriga deyarli teskari reaksiyaga kirisha olmaydi. Reaktsiyaning shu daqiqasiga etib borganimizda, flakonda qanday qilib to'q sariq rangga aylana boshlaganini ko'rishingiz mumkin chunki sizda bir vaqtning o'zida reaktiv moddalar va mahsulotlar aralashmasi mavjud.
Sekin-asta kimyoviy reaktsiya o'tishi bilan mahsulot molekulalari reaktiv molekulalariga qaraganda ko'proq bo'ladi. To'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezligi tenglashishda davom etadi, hattoki kontsentratsiyalar bir-biridan tobora ko'proq farq qiladi. Ya'ni, mahsulotlar reaktiv moddalardan kattaroqdir, shuning uchun ularning kimyoviy muvozanati davomida ularning kontsentratsiyasi oshadi.
Kimyoviy reaksiya kimyoviy muvozanatga etganida tezlik va ikkala reaktsiya ham teng. Ikkala kontsentratsiya ham doimiy bo'lib qoladi, chunki ikkala harakat ham bir xil tezlikda sodir bo'ladi. Reaktivlarning ma'lum miqdori dissotsilanishi bilanoq, yana bir xil miqdordagi mahsulot reaktsiyasi tufayli yana o'sha miqdor hosil bo'ladi. Shuning uchun kimyoviy muvozanat nomi ma'lum va u butunlay dinamikdir. Va shuning uchun ham reaktivlar, ham mahsulotlarning molekulalari reaktsiyalarda ishtirok etishda davom etmoqda, garchi ularning konsentratsiyasi vaqt o'tishi bilan o'zgarmasa. Agar bizda reaktsiya tezligi bir xil, lekin ikkala yo'nalishda bo'lsa ham, muvozanat konstantasiga ega bo'lish mumkin. Bunga erishildi va u har doim bir xil, harorat kabi omillar barqaror bo'lgan ekan. Ya'ni, kimyoviy muvozanat konstantasi bir xil bo'ladi, agar harorat barqaror bo'lsa, avval flakonga qancha azot tetraoksid quyilsa ham. Ko'rib turganingizdek, kimyoviy muvozanat kimyo sanoati va mahsulot ishlab chiqarishni bilish uchun juda muhimdir. Umid qilamanki, ushbu ma'lumotlar yordamida siz kimyoviy muvozanat va uning ahamiyati haqida ko'proq bilib olasiz.