Химиялық реакциялардың жылу эффектісі

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 16 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ
ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ ҚЫЗДАР ПЕДАГОГИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ИНСТИТУТЫ

Студенттің өзіндік жұмысы №4
Пән атауы: Бейорганикалық химия
Тақырыбы: Химиялық термодинамиканың негізгі заңдары. Химиялық реакциялардың жүру заңдылықтары

Орындаған : Темірбекқызы Назерке
Мамандық : 6В01507-Химия
Топ:101
Тексерген :Азимбаева Гулбайра Ералиевна

Алматы, 2021 жыл
Химиялық термодинамиканың негізгі заңдары. Химиялық реакциялардың жүру заңдылықтары
ЖОСПАР
Кіріспе
Негізгі бөлім
I. Химиялық термодинамиканың негізгі түсініктері
II. Термодинамиканың бірінші заңы
1. Химиялық реакциялардың жылу эффектісі
2. Жүйенің энтальпиясы
3. Г.И.Гесс заңының мәні
III. Термодинамиканың екінші заңы.Энтропия
IV. Термодинамиканың үшінші заңына түсініктеме
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Табиғатта болатын барлық процестер энергиямен байланысты жүреді.Химиялық энергия кез келген басқа энергия түріне айналады. Термодинамика энергияның әрқилы түрлерінің өзара өзгерістерін зерттейді және макрожүйелердегі мүмкін болатын барлық физикалық және химиялық процестердің заңдылықтарын қарастырады. Термодинамика арқылы шешілетін көптеген есептердің біршамасы химиктер үшін ерекше маңызды. Мәселен, термодинамика кез-келген реакцияның бастапқы және соңғы өнімдерінің жағдайы мен кейбір қасиеттері белгілі болса, сол реакциялардың жүру мүмкіншілігін алдын-ала болжау жасауға мүмкіндік жасайды. Термодинамика әдістері реакцияның тепе-теңдік константасын есептеуге жағдай жасайды, яғни басқа сөзбен айтқанда, әрекеттесуші жүйеде химиялық тепе-теңдік орнаған кезде, әртүрлі заттардың қанша мөлшері түзілгенін болжауға мүмкіндік береді.
Химиялық реакциялар тек заттар алуға ғана қажет емес.Химиялық реакциялардың энергиясын қолдану жағдайларын есептеу, химиялық реакция кезінде пайда болған энергияның түрі және қалай пайдалы қолдануға болады деген сұрақтарды шешу химияның ең маңызды саласына жатады.
Термодинамикалық әдістер реакцияның барлық атқаратын жұмысын есептеуге мүмкіндік береді. Мысалы, гальваникалық элементтен шығатын электрлі жұмысты есептейді. Сонымен қатар, термодинамикалық әдістер реакцияның тепе-теңдік константасын реакцияның атқарған жұмысымен байланыстыруға және гальваникалық элементтің э.қ.к. шамасы бойынша тепе-теңдік константасының мөлшерін есептеуге жағдай тудырады.
Термодинмика ғылым ретінде ХІХ ғасырда дами бастады.Термодинамика жалпы, техникалық және химилық болып үш түрге бөлінеді.
Жалпы термодинамика-энергия айналымының жалпы заңдылықтарын зерттейді.
Техникалық термодинамика-әр түрлі жылу мен жылу машиналарда істелетін механикалық жұмыстардың өзара айналымын қарастырады.
Химиялық термодинамика (ХТД)-макрожүйедегі барлық химиялық, физикалық және физика-химиялық процестердегі әртүрлі энергияның өзара айналымын зерттейді, химиялық және фазалық тепе-теңдік заңдарын ұсынады, жылу процесінің әр түрлі жағдайда бір-біріне өту балансын зерттейді.
Химиялық термодинамика балқу, булану т.б. құбылыстарға байланысты химиялық тепе-теңдіктер мен фазалық ауысуларды зерттеумен айналысады. Химиялық термодинамика химиялық реакциялардың жүруіне тиімді жағдайларды анықтауға мүмкіндік береді. Мәселен, тәжірибелік зерттеу өткізбей термодинамиканың әдістерін қолдану арқылы өнім шығымы жоғары болатын жағдайларды алдын ала есептеп табуға болады. Мұндай болжамдар химиялық технология үшін маңызы зор. Тағы бір өте маңызды тұжырым-химиялық термодинамика бойынша кез-келген химиялық реакциялардың жүру-жүрмеуін және белгілі атомдардан тұратын макрожүйелердің тұрақтылығын әртүрлі жағдайларда анықтауға болады.
Химиялық термодинамика негізгі заңдарын зерттеген американдық физик Уиллард Гиббе (1839-1903 ж.) болды.
Термодинамика-энергияның бір түрінен екінші түріне ауысуын зерттейтін ғылым.
Термодинамикада қолданылатын негізгі түсініктер:
Жүйе - зерттеу үшін, кеңістіктен және коршаған ортадан жекелей алынған бөлшек.
Сыртқы орта - айналадағы заттардың жүйесі.
Ашык жүйе деп, жүйе мен сыртқы ортада зат пен энергия алмасуын айтады (мысалы, сұйық және оның буы).
Жабық жүйе деп, жүйемен сыртқы орта арасында энергия алмасуы болып, заттар алмасуы болмайтын жағдайды айтады (мысалы, жабық ыдыстағы қатты немесе сұйық заттар).
Жекеленген жүйеде сыртқы ортамен энергия да, зат алмасу да болмайды (мысалы, дәнекерленген ампула). Берілген жүйедегі заттардың арасында әртүрлі физикалық және химиялық процестер жүруі мүмкін. Бірдей физикалық, химиялық қасиеттері бар және жүйенің басқа бөлімдерінен бөліп алынған біркелкі беттік қабаттан тұратын бөлікті фаза деп атайды. Жүйедегі фаза санына байланысты, жүйелерді гомогенді (бір фазалы) және гетерогенді (көп фазалы) деп бөледі.
Гомогенді жүйелер бөліктін айырым беті болмайтын зат немесе заттар жиынтығы (ерітінділер, газдар қоспасы, ыдыстағы газ, мұз немесе металл кесегі, т.б.).
Гетерогенді жүйелер бөліктін айырым бетімен бөлінетін заттар жиынтығы. Мысалы, СаСО3, (қ), СаО(қ) және СО2, (г) жүйесі екі қатты, бір газдан тұратын фазалар гетерогенді жүйе болып табылады.
Жүйенің жағдайын анықтайтын айнымалы шамалар олардың параметрлері деп аталады. Олардың ішінде химияда жиі қолда нылатын жүйенің кұрамы, қысымы, температурасы, көлемі бар. Жүйенің жағдайы және онда болып жаткан өзгерістер жүйенің функциясы аркылы сипатталады, олар жағдайдың параметрлеріне байланысты, жүйенің бір жағдайдан екінші жағдайға ауысатын жолына байланысты емес. Оларға ішкі энергия, энтальпия, энтропия, Гиббстің бос энергиясы және Гельмгольцтің бос энергиясы кіреді.
Физикалық параметрлері :
Температура - бірнеше шкалалардан тұрады:
СИ жүйесінде - Т(K) =273°C; Т(K) =°C+273
Қысым -Р-[Па], [атм], 1 атм= 1,013x10[5] Па.
Көлем - V-[м[3]], [л]; 1м[3]=10[3]л.
Термодинамикалык нараметрлер (жүйенің функциясы)
Ішкі энергия - U, [Дж], [кДж], 1 кДж =10[3] Дж.
Энтальния - Н, [Дж], [кДж].
Гиббстің бос энергиясы - G, [Дж], [кДж].
Гельмгольцтің бос энергиясы-F, [Дж], [кДж].
Энтропия - S,[Дж.моль.град.].
Термодинамикалық процесс деп жүйенің ең болмаса бір параметрі өзгеретін күй өзгерісін атайды. Термодинамикалық процестер қайтымды және қайтымсыз болады.
Қайтымды термодинамикалық процестер жүйеде және қоршаған ортада жүйенің ешбір өзгеріссіз бастапқы күйіне ауысуы мүмкін болатын процестер: A + В С + Д
Қайтымсыз пронестер - бастапқы заттары толық жойылып, жүйе жаңа күйге ауысатын процестер:
2KclO3 - 2KCI +3O2
Сонымен қатар, процестер жүру жағдайларына байланысты былай бөлінеді:
изотермиялық процестер тұракты температурада жүреді; T=const
изобаралық тұрақты қысымда, P=const
изохоралық тұрақты көлемде өтетін процестер.V=const, ΔV=0 және A=P ΔV=0
Егер сыртқы ортамен жылу алмасу процесі жүрмесе, ондай процестер адиабатты теп аталады.
Термодинамиканың бірінші заңы -энергия сақталу заңының жеке көрінісі болып есептеледі және оған мынадай анықтама беруге болады:
Энергияның әр түрлі формалары бір-біріне тек эквивалентті мөлшерде ауысады.
U=const
Басқаша сөзбен айтканда сыртқы ортамен зат және энергия алмаспайтын жекеленген жүйенің барлық энергия түрлерінің қосындысы әр уақытта тұрақты болады.
Жекелеген жүйе жылу сіңіру аркылы бір күйден екінші күйге ауысқанда жұмсалған жылу (Q) мөлшері жүйенің ішкі энергиясын (AU) өзгертуге және белгілі бір жұмыс (A) жасауға пайдаланылады:
Q=ΔU+A
Келтірілген теңдеу термодинамиканың бірінші заңынын математикалық көрінісі немесе термодинамикаға қолданылған энергия сақталу заңының көрінісі. Мұндағы Q - жүйенің сіңірген жылуы-ның мөлшері, Δ U - жүйенің ішкі энергиясының өзгеруі, А - жүйенің істеген жұмысының мөлшері.
Жүйенің ішкі энергиясы - молекулалардың, атомдардың, иондардың, электрондардың кинетикалық және потенциялық энергияларының қосындысынан тұратын толық энергиясы. Кинетикалық энергия бөлшектердің үдемелі, айналмалы және тербелмелі қозғалыстарының энергиясы. Потенциялық энергия бөлшектердің өзара тартылу және тебісу, сонымен қатар сол бөлшектердің құрамына кіретін ядро зарядтары мен электрондардың тартылу - тебісу күштерінен құралады.
Жүйенің ішкі энергиясының (U) абсолюттік мәнін анықтауға болмайды, сондықтан жүйе бір күйден (U1)екінші күйге (U2) көшкенде байқалатын ішкі энергияның өзгеруін Δ U аныктайды:
Δ U= U2- U1
Химиялық реакциялар үшін жүйенің жасайтын жұмысы (A) деп негізінен сыртқы ортаға қарсы жұмсалатын жұмысты айтады. Ол жұмыс (А) жүйе бір күйден екінші күйге көшкенде өзгерген көлемді (Δ V) қысымға (Р) көбейткенге тең:
A=Px ΔV
Енді термодинамиканың бірінші заңын химиялық реакцияларға қолдану жағдайын қарастырайық. Химиялык реакциялар жүру жағдайларына қарай негізінен изобара-изотермалық, және изохора-изотермалык болып бөлінеді.
Изобара-изотермалық реакциялар тұракты қысымда және тұракты температурада жүреді. Мұндай реакциялардың көпшілігі ашық ыдыста (тұракты қысымда) және кәдімгі температурада жүреді.
Изохора-изотермалық реакциялар тұракты көлемде және тұрақты температурада жүреді, Мұндай реакцияларды жабық ыдыстарда (автоклавтарда) жүргізеді.
Термодинамиканың бірінші заңын изохора-изобаралы реакцияларға қолдануды қарастырайық. Заңның математикалық көрінісі мынадай
Qv= ΔU+A = ΔU + PΔV
Изохора-изотермалық реакциялар жүргенде жүйенің көлемі өзгермейді:
ΔV=0
Олай болса, өзгерген көлемнің қысымға көбейтіндісі де, соған сәйкес істелетін жұмыстың мөлшері де нөлге тең болады. Бұдан шығатын қорытынды изохора-изотермалық реакциялар жүрген кезде жұмсалатын жылудың мөлшері жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге ΔU ғана жұмсалады:
Qv= U2-U1= ΔU
Сонымен жүретін химиялық реакциялардың көлемдері тұрақты болса, бөлінетін немесе сіңірілетін жылудың мөлшері жүйенін ішкі энергиясының өзгеруіне байланысты болады.
Изобара-нзотермалық реакциялар жүргенде жұмсалатын жылу жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге және сырткы қысымға қарсы жұмыс жасауға жұмсалады:
Qр= ΔU+A= (U2- U1) +P(V2-V1)
Мүшелерінің орнын ауыстырып тендеуді былай жазуға болады:
Qр= (U2+ PV2) -( U1+РV1)
U+PV қосындысы Н-қа тең деп белгілеп теңдеуді былайда жазуға болады:
Qр=Н2-Н1=ΔH
Ішкі және потенциалды энергияларының жалпы қосындысы жүйенің жалпы энергия қорын сипаттайды, ол энтальпия (Н) деп аталады:
U + рV = Н
ΔН - жүйенің энтальпиясы деп аталады, яғни энтальпия көлемі ұлғаятын жүйенің энергиясы деп қарастыруға болады. Жүйенің ішкі энергиясының U абсолюттік мәнін өлшеуге болмайтыны сияқты энтальпияның да абсолюттік мәнін өлшеуге болмайды. Сондықтан жүйе бір күйден екінші күйге көшкенде өзгеретін энтальпияны ΔН өлшейді. Энтальпияның мәнін кило-джоуль- мен (кДж) немесе килокалориямен (ккал) көрсетеді.
Химиялық реакциялар жылу шығару немесе жылу сіңіру арқылы жүреді. Жылу шығара жүретін реакцияларды экзотермиялық, жылу сіңіре жүретін реакцияларды эндотермиялық деп атайды.
Химиялық реакцияларға қатысатын және түзілетін заттармен бірге реакцияның жылу эффектісі көрсетілген теңдеулерді термохимиялық теңдеулер дейді.
Термохимиялық теңдеулерді жазғанда термодинамика бойынша бөлінген жылу теңдеудің оң жағына минус (-) белгісімен, ал сіңірген жылу плюс (+ ) белгісімен көрсетіледі. Бұдан былай термоҳимиялық теңдеулерді жазғанда осы термодинамикалық таңбаларды колданып жазамыз, яғни бөлінген жылу мөлшерінің алдына минус ( -), сіңірілген жылудын алдына плюс (+) таңбасын қоямыз.
Термодинамикалық теңдеулердің мысалы ретінде сутегімен оттегінен су, азот пен оттегінен азот (ІІ) оксиді түзілу реакцияларын келтіруге болады:
2H2 + О2=2H2O ΔH=-571 кДж
N2+ O2=2NO ΔH=+180,5 кДж
Бұл термохимиялық теңдеулерден сутегі мен оттегінен екі моль су түзілгенде 571 кДж жылу бөлінетінін, ал азот пен оттегінен 2моль азот (ІI) оксиді түзілгенде 180,5 кДж жылу сінірілетінін көруге болады.
Химиялық реакциялар кезінде байқалатын жылу кұбылыстарын зерттеудің теориялық та, практикалық та маңызы бар. Мысалы, әр түрлі отын заттарындағы көміртегі жанғанда бөлінетін жылудың қандай манызы бар екені түсінікті.
Реакциялардың жылу эффектілерін сан жағынан зерттейтін химияның бір бөлімін термохимия деп атайды.
Реакциялардың жылу эффектілері атомдар, молекулалар арасындағы байланыстардың энергиясын анықтауға, заттардың құрылысын және реакцияласқыштық қабілетін, реакциялардың бағыттарын анықтауға, технологиялық процестердің энергетикалық баланстарын есептеуге қолданылады.
Термохимняның негізгі заңын 1840 жылы орыс ғалымы Г. И. Гесс ашты, ол Гесс заңы деп аталады және былай айтылады:
Реакцияның жылу эффектісі (энтальпиясы) - реакцияның қандай жолмен жүруіне байланысты емес, тек реакцияға қатысатын бастапқы заттардың және реакция нәтижесінде түзілетін заттардың түріне және күйіне ғана байланысты.
Басқаша айтқанда әр түрлі екі реакцияға қатысатын бастапқы заттардың және реакцияның нәтижесінде түзілген заттардың түрі де, күйі де бірдей болса, онда реакциялардың қандай жолдармен жүрулеріне қарамастан жылу эффектілері де өзара тең болады.
Г. И. Гесс заңының мәнін көміртегі ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.