ФИЗИКАЛЫҚ ЖӘНЕ КОЛЛОИДТЫ ХИМИЯ

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 161 бет
Таңдаулыға:

КОБЛАНОВА О.Н. АБДУРАЗОВА П.А. АХЫНОВА У.С.

ФИЗИКАЛЫҚ ЖӘНЕ КОЛЛОИДТЫ ХИМИЯ

Оқу құралы

Шымкент, 2022

Қобланова О.Н., Абдуразова П.А., Ахынова У.С. Физикалық және коллоидты химия. Оқу құралы. - Шымкент: Сырдария университеті, 30.03.2022. -160 бет.

Пікір жазғандар:

Назарбекова С.П.
oo х.ғ.д., профессор М.Әуезов атындағы ОҚУ
Баймаханова Г.
oo х.ғ.к., доцент ОҚМПУ
Мадыханова Қ.С.
- х.ғ.к., доцент Сырдария университеті

Оқу құралы екі бөлімнен физикалық химия және коллоидты химия тұрады. Бірінші бөлімде заттардың агрегаттық күйлері, химиялық термодинамика, химиялық және фазалық тепе-теңдіктер; ерітінділер мен электролиттердің қасиеттері; сулы ерітінділердегі иондық тепе-теңдіктер; электродтық процестер; химиялық кинетика мен катализ сияқты физикалық химияның негізгі тараулары қарастырылған.
Екінші бөлімде коллоидтық жүйелердің алыну және тазарту әдістері, коллоидтық жүйелердің жалпы қасиеттері, беттік құбылыстар және адсорбция; коллоидтық жүйелердің тұрақтылығы мен коагуляциясы, макро- және микрогетерогендік жүйелер және лиофильдік коллоидтық жүйелер туралы жазылған.
Физикалық химия және коллоидтық химия атты оқу құралы 6В01504, 7М01504- Химия мұғалімдерін даярлау, 6В01507, 7М01507- Химия-биология мұғалімдерін даярлау, 6В07160, 7М07160 - Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы, 6B05301, 7М05301-Химиябілім беру бағдарламаларының білім алушыларына арналған.

МАЗМҰНЫ
АЛҒЫ СӨЗ
4
1
ТЕРМОДИНАМИКА
5
1.1
Химиялық термодинамика
5
1.2
Ішкі энергия. Энтальпия
6
1.3
Жылу және жұмыс. Температура
9
1.4
Жылусыйымдылық
12
1.5
Термохимиялық реакциялар
15
1.6
Термодинамиканың екінші заңы
20
1.7
Энтропия
27
1.8
Термодинамиканың үшінші заңы
42
2
ХИМИЯЛЫҚ ТЕПЕ-ТЕҢДІК
46
2.1
Химиялық тепе-теңдік
46
2.2
Химиялық реакциялардың жылдамдығы
48
2.3
Реакция ретін анықтау
51
2.4
Күрделі реакциялардың жылдамдығы
52
3
ЕРІТІНДІЛЕР
56
3.1
Жалпы сипаттама
56
3.2
Электролит ерітінділер концентрациясы
60
3.3
Ерiтiндiлердiң коллигативтiк қасиеттерi
64
4
КОЛЛОИДТЫ ХИМИЯ
66
4.1
Жалпы сипаттама
66
4.2
Дисперсті жүйелерге жалпы сипаттама
71
4.3
Коллоидты химияның процестердің технологиядағы маңызы
74
4.4
Коллоидтық жүйелердегі диффузия
79
4.5
Коллоидтық жүйелердегі осмостық құбылыс
82
4.6
Седиментация. Седиментациялық тепе-теңдік
86
4.7
Дисперстік жүйелердің оптикалық қасиеттері
90
4.8
Беттік құбылыс жайлы түсінік
103
4.9
Сулану. Ағу. Когезия. Адгезия. Флотация. П.А.Ребиндер жұмыстары. Сорбция. Адсорбция
108
4.10
Коллоидты жүйелердің электрлік қасиеттері
126
4.11
Коллоидты ерітінділерді алу және тазалау әдістері
137
ӘДЕБИЕТТЕР
144

А Л Ғ Ы С Ө З

Мемлекеттік тілде жазылған бұл оқу құралы осы пәнді пайдаланатын жоғары оқу орындарына арналған. Бұл оқу құралын авторлар кезінде бұрыннан белгілі қазақ және орыс тіліндегі жарық көрген оқулықтарды пайдалану арқылы жинақтаған.
Болашақ маман білім беру бағдарламаларын меңгеру кезінде студенттер физика, химия және математика жетістіктеріне сүйене отырып, химиялық айналуларды зерттеу және алынған нәтижелерді практикада қолдануға болатын қажетті өте маңызды оқу құралы болып есептелінеді.
Студенттерге пәннің негізін толық қамтитын жаттығулар мен шығармашылық жолмен шешілетін есептерді көптеп шығарту және оның негізін игертуге болады.
Қазіргі кезде еліміздің алға қойып отырған міндеттерінің бірі - студенттердің терең білім алуына жағдай жасау, яғни қажетті кітаптар, оқулықтар, есептер мен жаттығулар жинақтарын және т.с.с. өзінің білімін жоғарылатуына қажетті материалдарды тауып беру.
Физикалықхимия- химиялық процестер мен химиялық құбылыстардың заңдылықтарынзерттейтін ғылым және қазіргі заманғы химия және химиялық технологияның теориялық негізі болып табылады. Ал, коллоидты химия
Университте физикалық және коллоидты химия пәнін оқытуға мынадай мақсаттар қойылады: физикалық химияның негізгі заңдарын ашу, теориялық және практикалық есептерді шешуде теориялық білімдерін қолдану, яғни әр түрлі процестердің термодинамикалық функцияларының және физикалық шамалар мен кинетикалық параметрлерінің мәндерін анықтау, химиялық реакцияның шығымын, термодинамикалық процестердің керекті бағытта жүру жағдайларын есептеу; дисперсті жүйелер,Сулану. Ағу. Когезия. Адгезия. Флотация. П.А.Ребиндер жұмыстары. Сорбция. Адсорбция, Седиментация, коллоидты ерітінділерді алу және тазалау, физика-химиялық тәжірибені жүргізудің жолдарын үйренуге, тәжірибе мәліметтерін өңдеу тәсілдері мен оларды тәжірибелік қателерде ескере отырып, түсіндіре білуде оқу құралы көмектесе алады.

1 ТЕРМОДИНАМИКА

1.1Химиялық термодинамика
Термодинамика деген ұғымды алғаш рет ғылымға енгізген Томсон (лорд Кельвин), грек тілінде термо-жылу, ал динамика-қозғалыс деген мағананы білдіреді.
Термодинамика жылу мен жұмыстың өзара байланысын зерттейтін ғылым. Термодинамикада энергияның бір түрден екінші түрге айлануын қарастыру арқылы әр түрлі құбылыстар зерттеледі. Ол процестің жүру механизмін, оның жылдамды-ғын қарастырмайды, тек қана соңғы нәтижесін беріп, бағытын көрсетеді, яғни оның өту себебін ашпай, тек процестің алғашқы және соңғы күйін көрсетеді. Бұдан шығатын қортынды: термодинамика тепе-теңдік процестердің күйін зерттейді, сондықтан да бұл сала термодинамика емес термостатика деп аталуы керек еді, яғни қозғалыс жоқ (тепе-теңдік күйде), алайда тарихи қалыптасқан жағдайға байланысты термодинамика деген атау қала берді және бұл күндерде ғылыми тілге мықтап енді.
Сонымен энергияның бір түрден басқа бір түрге айналу заңдылықтарын зерттейтін ғылым термодинамика деп аталады. Бұл ілім - жалпы, техникалық және химиялық термодинамика салаларына бөлінеді.
Жалпы термодинамикада - физика курсынан білегілі термодинамиканың негізгі заңдары беріледі, сонымен қатар физикалық мәселелерді шешуде бұл заңдардың қолданылуы қарастырылады және термодинамика тәсілдерін тұжырымдап, оны фазалық күй өзгерісіне, термоэлектр және магниттік құбылыстарға, сәуле шығару мен дене бетінде орын алатын өзгерістерді зерттеуге арналады.
Техникалық термодинамика - жылу мен жұмыстың түрленуін, жылу двигательдері, тоңазытқыш қондырғыларында орын алатын жылу, механикалық және химиялық құбылыстардың өзара байланыс заңдылықтарымен айналысады.
Химиялық термодинамика құбылыстардың өту механизмі туралы және заттардың ішкі құрылысы туралы қорытындылар жасамайды. Химиялық термодинамика жүйенің басталуы мен соңғы күйлерінің жағдайын және сыртқы күш әсерлерін (температура, қысым, көлем т.б.) қарастырады.
Жалпы термодинамиканың осы заңдарын химиялық процестерге қолданған Америка ғалымы У.Гиббстың арқасында 1876 жылы химиялық термодинамика-ның негізі салынды.
Термодинамика классикалық және статистикалық болып та бөлінеді. Классикалық (феноменологиялық) термодинамика жекелеген атом, молекула сияқты бөлшектерді емес, бу машиналарының, іштен жанатын двигательдердің жұмыс істеу ерекшіліктерін, кристалдану, электролиз сияқты макроскопиялық жүйелерді зерттейді.
Ал статистикалық термодинамика жекелеген атом, молекула сияқты бөлшектерді қарастырады, олардың біріккен сипаты мен қасиеттерін айқындайды. Бұл сала кейіннен пайда болды.
Сонымен жылу құбылысы мен оның түрленуін зерттейтін ілімді термодинамика деп атайды.
Алғашқы кезде термодинамика жылу мен жұмыстың бір-біріне түрленуін қарастырды, сондықтан да термодинамика (термо грекше - жылу, температура, динамика - күш, жұмыс, қозғалыс) деп аталды.
XIX-ғасырдың екінші жартысында термодинамика заңдарына негізделіп электрлік және тоңазытқыш машиналарындағы, бу трубиналарындағы, іштен жанатын двигательдегі, гальваникалық элементтегі принциптерді зерттеу, электролиз процестерін әр түрлі химиялық реакциялар мен биологиялық құбылыстарды өсімдіктер мен жануарлардың организмінде жүретін кейбір құбылыстарды, жер қыртысындағы және атмосферада болып жатқан өзгерістерді зерттеу термодинамиканың зерттеу аймағына енді.
Термодинамика төрт постулатқа негізделген. Оларды термодинамиканың бастамасы, заңы немесе принциптері деп те атайды.
Термодинамиканың нөлінші заңы - Р.Фаулер(1831ж.) ұсынған. Жылу тепе-теңдігінің өтпелілігі туралы заң. Егер А мен В жүйелерінің әрқайсысы С жүйесімен жылулық тепе-теңдігінде болса, онда А мен В жүйелері де өзара жылулық тепе-теңдігінде болады.
Бұл заңды М.В.Ломоносов (1748ж.) ұсынды. Бұл заң басқаша энергияның сақталу заңы ретінде белгілі. Оны былай тұжырымдауға болады: Энергия бірдей қатынаста (мөлшерде) ауысады.
Термодинамиканың бірінші заңы - жұмыс, жылу және жүйенің ішкі энергиясының өзгеруінің арасындағы байланысты көрсетеді. Энергияның бір түрден екінші түрге ауысуын қарастырады.
Термодинамиканың екінші заң - энтропияның өсу заңы ретінде мәлім. Ол әртүрлі энергиялардың жылуға толық айналатындығын көрсетеді яғни энергияның түрленетіндігін түсіндіреді. Энтропия сонымен ретсіздік өлшемін сипаттайды.
Термодинамиканың үшінші заңы. Бұл заңды В.Нернст (1860ж.) ұсынды. Нернсттің жылулық постулаты ретінде белгілі. Ол дене температурасының абсолюттік нөлге жетпейтіндігін көрсетеді. "0К температурасында көптеген химиялық реакциялардың энтропиясының өзгеруі өте аз шама," - деді. Кейінірек Планк (1812ж.), Льюс, жәнеРендалл (1823ж.) термодинамиканың екінші заңына байланыссыз және тәжірибе арқылы дәлелденбейтін мынадай тұжырым (постулат) айтты: абсолюттік нөл температурада өте таза кристалдың энтропиясы нөлге тең.

1.2 І ш к і э н е р г и я. Э н т а л ь п и я
Термодинамикадағы негізгі шаманың бірі - жүйенің ішкі энергиясы жүйенің жалпы энергия қорын сипаттайды.
Атом, молекула сияқты ұсақ бөлшектерден құралған жүйедегі денелердің энергиясы, өзін құрайтын ұсақ бөлшектердің қозғалысынан пайда болған энергиялардың жиынынан тұрады. Яғни, оған молекулалардың ілгерілемелі және айнымалы қозғалысының энергиясы, атомдар мен атомдар тобынан құралған молекулалардың ішкі молекулалық тербелісі қозғалысының энергиясы, сонымен қатар атомдар ядросындағы энергия мен және энергияның басқа түрлері жатады.

U Eкин. + Епот. + Емол. + Еядро
Мұндағы:
U - ішкі энергия;
Eкин.,Епот. - элементтер бөлшектерінің кинетикалық және потенциалдық энергиялары;
Емол. - молекула ішкі бөлшектерінің әрекеттесу энергиясы;
Еядро - ядроның ішкі бөлшектерінің әрекеттесу энергиясы.

Бөлшектердің кинетикалық энергиясы - броундық қозғалыстың нәтижесінде туындайтын энергия және ол температураға тәуелді, яғни:

Екин..A∙(Т)

Бөлшектердің потенциалды энергиясы - бөлшектердің өзара тартылысын сипаттайды ішкі қысым.
Молекула ішкі бөлшектерінің әрекеттесу энергиясы - молекула құрамы мен құрылысын сипаттайды, заттар химиялық өзгеріске ұшырағанда ғана өзгереді. Осы себепті оны химиялық энергия деп те атайды.
Ядро ішкі бөлшектерінің әрекеттесу энергиясы - ядро құрамы мен құрылысын сипаттап ядролық өзгерістер орын алғанда ғана өзгереді. Бұл энергия түрін ядролық энергия деп те атайды. Химиялық реакцияларда атом ядросы мен құрылысы өзгермейтіндіктен ядролық энергия тұрақты деп қарастырылады.
Химиялық термодинамикада энергия түрлерінің ішінде құбылыстарды сипаттауда ішкі энергия (U) мен энтальпияның (Н) маңызы зор.
Ішкі энергия мен энтальпияның бір-бірінен айырмашылығы жүйеде газ тәрізді заттар болғанда ғана болады, ал конденсацияланған күйде (сұйық және қатты денелер) олардың мәні іс жүзінде бірдей.
Ішкі энергия - жүйені сипаттайтын шама болғандықтан, күй шамаларының параметрлерінің өзгерісі ішкі энергия шамасын да өзгертеді, яғни күй шамаларына тәуелді күй функциясы болып табылады:

U(A) (T,P,V)
Ішкі энергияның абсолют шамасын анықтау мүмкін емес, химиялық термодинамикада, термодинамикалық құбылыс орын алғандағы жүйенің бір күйден екінші күйге өту кезіндегі ішкі энергияның өзгерісін білу жеткілікті.

U U2 U1
Мұндағы:
U1, U2 - жүйе күйінің бастапқы және өзгерістен кейінгі ішкі энергия шамасы;
U - ішкі энергияның өзгеріс мәні.
Ішкі энергия - экстенсивті шама, зат мөлшеріне қарайлас.

Uжүйе U1 + U2 + U3 +...+ Uі
Мұндағы:
U1,U2, U3,Uі - жүйені құрайтын бөлшектердің ішкі энергия шамалары.

Тізбектелген, бірнеше сатыдан тұратын термодинамикалық құбылыс орын алатын ішкі энергия өзгерісі, құбылыстың әрбір жаңа сатыларындағы ішкі энергия өзгерістерінің қосындысы болып табылады.

U U1 + U2 +. . .+ Uі
Мұндағы:
U1,U2, Uі - құбылыстың жеке сатыларындағы ішкі энергия өзгерісі.

Тұйықталған құбылыстар үшін ішкі энергия өзгерісі орын алмайды:

U (ט) 0

Көптеген процестерде ішкі энергияның өзгеруі не жылу арқылы, не жұмыс істеу арқылы жүреді. Сонымен жылу мен жұмыс бір денеден екінші денеге энергия берілуінің екі түрі болып есептелінеді, олардың бірлігі энергия бірлігімен сәйкес келеді [1].
Энтальпия - өзіне лайықты ішкі энергиясы бар қоршаған ортаға енген жүйе. Ол қоршаған ортаға ену үшін өзіне тән ауа кедергісін (Р) жойып сол жүйеге қарайлас көлем (V) алады, яғни: (U+PV) - қосындысын (Н) әрпімен белгілеп - энтальпия деп атаймыз. НU+PV
Энтальпияның да абсолюттік мәнін емес, өзгерісін анықтайды.

Н Н2 Н1

Энтальпия - термодинамикалық жүйені толық сипаттайтын энергетикалық шама болып табылады, себебі ішкі энергия тек жабық жүйелер үшін орынды, ал энтальпияны ашық та жабық та жүйелерді сипаттауда қолдана беруге болады.
НU+PV - болғандықтан, энтальпия шамасы да күй функциясы болып табылады, олай болса оған ішкі энергияның қасиеттерінің бәрі де тән:
1. Жүйенің белгілі бір жағдайына энтальпия шамасының нақты мәні сәйкес келеді.
2. Термодинамикалық жүйенің энергетикалық күйін сипаттайтын болғандықтан - энтальпия - экстенсивті шама.

НжүйеН1+Н2+Н3+Ні

3. Энтальпия өзгерісі (Н) іс қимыл түріне тәуелсіз және жүйе күйінің өзгеріс нәтижесін ғана білдіреді.

НН2Н1(U2 + PV2) - (U1 + PV1) U + P2V2 - P1V1

Қоршаған ортада ауа қысымы тұрақты шама болғандықтан Р1Р2Р яғни:

U + P2V2 - P1V1 U + P(V2 - V1) U + PV

4. Тұйықталған құбылыс орын алған жерде энтальпия өзгеріс шамасы нөлге тең.
Н(ט)0

5. Ішкі энергия өзгерісі сияқты, бірнеше сатыдан орын алған өзгерістер үшін энтальпия өзгерісі мынаған тең:

НН1+Н2+. . . Ні
6. Идеалды газ эффектісі тек температураға ғана тәуелді, яғни тек температураның функциясы болып табылады, яғни:

НA∙ ≈ (Т)

1.3 Ж ы л у ж ә н е ж ұ м ы с. Т е м п е р а т у р а
Энергия қарастырылып отырған жүйеден қоршаған ортаға жылу және жұмыс түрінде беріле алады. Ішкі энергия мен энтальпияға қарағанда, жылу мен жұмыс құбылысты сипаттайды, яғни іс қимылдың нәтижесі болып саналады.
Жылу (Q) мен жұмыс (W) - энергия берілу түрі, яғни қоршаған орта мен термодинамикалық жүйенің энергия алмасуы.
Жылу мен жұмыс құбылыс басталғанда басталып, біткенде бірге аяқталады. Құбылыс орын алмаса, жылу мен жұмыс көрінісі де болмайды.
Жылу мен жұмыстың бір-бірінен айырмашылығы берілу тәсілінде.
Жылу - бөлшектердің ретсіз, бағыт-бағдарсыз қозғалысы нәтижесінде, бөлшектердің өзара соқтығысып іске асатын энергия алмасуының тәсілі.
Жұмыс - реттелген, белгілі бағытта қозғалатын бөлшектердің материя арқылы іске асатын энергия берілісінің көрінісі.
Бөлшектердің реттелген қозғалысы бұзылып, ретсіз, бағытбағдарсыз қозғалысқа айналғанда жұмыс жылуға айналады. Ал кез келген ретсіз қозғалыс, ретті бағытталған қозғалысқа көшкенде, жылу жұмыс атқарады. Бағыт-бағдарсыз қозғалысты ретті қозғалысқа көшіру үшін сырттан белгілі күш жұмсау керек, ал ретті қозғалыс ретсіздікке ешқандай күш әсерінсіз-ақ ауыса алады. Сондықтан да жылу өз еркімен жұмыс атқара алмайды, ал жұмыс істелінген жерде жылу құбылысы әрқашанда байқалады.
Температура. Дене күйі тек сыртқы жағдайлармен ғана анықталып қоймай, олардың ішкі жай күйімен сипатталады. Температура деген ұғым қызулығы әртүрлі денелердің күйлері теңелгеннен кейін барып, жүйенің ішкі күйін сипаттайтын ұғым. Бұл дегеніміз белгілі дәрежеде жүйеге жылу өзгерісі түрінде энергия беріледі немесе алынады. Нәтижесінде жүйеде өзгерістер орын алады және оны санды түрде сипаттау қажеттілігі туындайды, яғни жүйе температурасын анықтау қажеттілігі шығады. Бұл шаманы анықтау термодинамиканың бірінші бастамасына негізделген. 1-Кестеде (Н, U,W,Q ) құбылыстардағы мәні берілген.
Атаулар мен ұғымдар
Жүйе - қоршаған ортадан шартты түрде бөлінген жеке дене немесе өзара әрекеттесетін денелер жиыны, яғни зерттеуге тиісті қоршаған ортаның кеңістіктегі бөлігі.
Термодинамикалық жүйе -сыртқы қоршаған ортадан ойша бөлініп қарастырылатын, өзара жылу және механикалық әсерлесуде болатын дене не заттар жиыны. Ол жабық, ашық, оқшауланған деп үшке бөлінеді.
Жабық жүйе - өзін қоршаған ортамен зат алмаспай тек энергиясымен ғана алмасады.
Ашық жүйе - өзін қоршаған ортамен зат алмасуы да энергия алмасуы да орын алатын жүйелер.
Оқшауланған жүйе - қоршаған ортамен зат және энергия алмаспайтын және сыртқы ортаға қарсы жұмыс істемейтін, тұрақты көлемі бар жүйе.
Термодинамикалық жүйенің күйі термодинамикалық шамалармен сипатталады (температура, қысым, көлем, концентрация т.б.).
Термодинамикалық құбылыс - термодинамикалық шамалардің ең болмағанда біреуінің өзгеруімен жүретін өзгерістер.
Күй параметрлері - экстенсивті, интенсивті болып екіге бөлінеді:
Экстенсивті шамалар - зат мөлшеріне қарайлас пропорционал (көлем, масса, салмақ, т.б.)
Кез-келген параметрлердің өзгерісі термодинамикалық құбылыс деп аталынады да күй шамаларының тұрақтылығына қарай төмендегіше жіктелінеді:

P - const тұрақты - изобарлы,
V - const - изохорлы,
T - const - изотермиялы,
V,T - const - изохорлы-изотермиялы,
P,T - const - изобарлы-изотермиялы.

Құбылыстың жүру түріне қарай адиабатты, политропты, тұйықталған және тепе-теңдік деп бөлінеді.
Адиабатты - сыртқы қоршаған ортамен, жылу да зат та алмаспай жүретін құбылыс, яғни оқшауланған жүйелерде орын алады.
Адиабата теңдеуі:
PV const
Мұндағы:
- адиабата көрсеткіші.

Политропты - жүйенің жылу сиымдылық шамасы тұрақты болып өтетін құбылыс.
PVn const
Мұндағы: n - политроп көрсеткіші.
Тепе-теңдік құбылыс - жүйенің үзіліссіз біртіндеп тепе-теңдік күйін кешу арқылы орын алатын өзгерістер. Ал тепе-теңдік күйде - уақыт бірлігінде жүйенің күй шамалары тұрақты болып зат алмасуы болмайды.
Тепе-теңдік құбылысқа мына ерекшеліктер тән:
oo жүйеге әсер етуші күш пен қарсы әсердің айырымы өте аз шама;
oo тура және кері бағытта істелінетін жұмыстың абсолют шамасы тең;
oo жүйеге әсер етуші күштің бағытын өте аз мөлшерде өзгерту құбылыс бағытын да өзгертеді;
oo өзгеріс уақытына қарағанда жүйенің тепе-теңдік күйде қалу уақыты өте аз шама.
Жүйеде кез келген құбылыс орын алуы үшін сырттан күшпен әсер ету арқылы оның тепе-теңдік күйін бұзып екінші бір күйге көшіреміз. Осы екінші күйге келуге жұмсалған уақытты - өзгеріс уақыты деп атайды. Ал жүйе екінші күйге жеткенде оны сипаттайтын күй шамалары жүйе бойына қайта тепе-теңдікке көшеді.
Жүйенің өз бойында тепе-теңдік күйін қалпына келтіру уақыты - релаксация уақыты деп аталынады.
Термодинамикалық қайтымды және химиялық қайтымды ұғымдарын шатастырмаған жөн.
"Термодинамикалық қайтымды" - құбылыстың жүру тәсілін, ал "химиялық қайтымды" - құбылыс бағытын сипаттайды.
"Термодинамикалық қайтымды" құбылыс - ол жүйеде идеалды тепе-теңдік құбылыс жүретіндігін мәлімдейді. Ал, өмірде мұндай өзгерістер орын алмайды.
Фаза - жүйені құрайтын дене бөліктері белгілі бір кеңістікте өзіндік жазықтық бетпен шектеліп, кеңістіктен нақты көлемді орын алатын, химиялық құрамы, термодинамикалық қасиеттері бірдей бөлікті айтады.
Гомогенді біртекті жүйе - жүйені құрайтын фазалар бір күйде болады.
Гетерогенді әртекті жүйе - жүйені құрайтын фазалар әр күйде болады.
Күй функциясы - мәні тек жүйенің күйіне ғана тәуелді термодинамикалық функция.
Күй функциясы - параметрдің өзгерісі құбылыстың басталуы мен соңғы күйлеріне байланысты болып, құбылыстың жүру жолына байланыссыз болады.
Тұйық (циклдық) процесс - термодинамикалық жүйе бастапқы күйден бір-қатар өзгерісті атқара отырып, бастапқы күйге жүріп өткен жолымен немесе басқа жолмен айналып келу процесі. Тұйық процесте кез келген күй функциясының өзгерісі нөлге тең.
Термодинамикада энергияның бір түрден екінші түрге ауысуы екі түрлі формада болады.
Жүйеге жылу түрінде берілген энергия, жүйенің ішкі энергиясын өзгертіп, белгілі бір жұмыс атқаруға жұмсалады және бұл математикалық тілде төмендегіше өрнектеледі: (дифференциалдық және интегралдық).

Q dU + W дифференциалдық
Q U + W интегралдық

Мұндағы:Q, W - өте аз мөлшердегі жылу және жұмыс,
dU - өте аз шамадағы ішкі энергия өзгерісі,
Q - жылу мөлшері,
U - ішкі энергия өзгерісі,
W - жұмыс шамасы.

1.4 Ж ы л у с ы й ы м д ы л ы қ
Температураның өсуіне немесе температураның кемуіне жүйеге, берілген жылудың қатынасын жүйенің (заттың) жылу сыйымдылығы деп атайды.
Жылусыйымдылық (С) - дегеніміз жүйе температурасын бір градусқа арттыруға қажетті жылу мөлшері.
СДжград
Заттың бірлік массасының температурасын бір градусқа көтеруге кететін жылу мөлшерін меншікті жылусыйымдылық (Сm) деп атайды.

СmДжг∙К
Мұндағы:
m - зат массасы (г),
Q - жылу шамасы (Дж),
Т - температура өзгерісі (К).
Заттың бір молінің температурасын бір градусқа арттыруға қажетті жылу мөлшерін молярлы жылусыйымдылық (Сn) деп атайды.

Сn Джмоль∙К
Мұндағы:n - зат мөлшері, моль.

Меншікті және молярлы жылусыйымдылықтарының арасындағы байланыс төмендегіше сипатталады:
CM∙Cmнемесе CnCm
Мұндағы:М немесе - молярлы масса гмоль.
Заттың бірлік көлемінің температурасын бір градусқа жоғарылатуға қажетті жылу мөлшері меншікті көлемдік жылу сыйымдылық (СV) деп аталады.
СV
Мұндағы:V - зат көлемі, м3
Жүйедегі заттың температурасын өте аз шамаға өзгертуге қажетті өте аз жылу мөлшерін нақты жылусыйымдылық (С)деп атайды.

C
Мұндағы: Q - өте аз жылу мөлшері,
dT - өте аз температура өзгерісі.

Бірлік температураға келетін жылу мөлшерін орташа жылусыйымдылық
() деп атайды.

Орташа және нақты жылусыйымдылықтардың арасындағы байланысты төмен-дегіше өрнектейміз:
VнемесеР

Егер құбылыс сипатын ескерсек:

Изобаралық Р-constCP
Изохоралық V-constCV

Изохоралық және изобарлық жылу сыйымдылықтардың арасындағы байланысты Майер заңдылығы деген атпен таныс өрнекпен өрнектейміз.

СР СV R

Бұл теңдеудің оң жағындағы қосылғыштардың саны жылусыйымдылықтың қандай дәлдікпен есептелуіне және температура мәндеріне байланысты. Көбінесе қосылғыштардың үш мүшесі алынады.
Газдардың әртүрлі температурадағы жылусыйымдылығын анықтауда молекулалық-кинетикалық теорияны, болмаса Планк пен Эйнштейннің жылу сиымдылық туралы кванттық теориясын қолданады.
Бір атомды газдардың мольдік жылусыйымдылығы молекулалық-кинетикалық теория тұрғысынан мынандай тұрақты шамаға тең:

СV 32R const;
СР 52R const
Ал, екі атомды газдар үшін:
СV 52R const
СР 72R const

Химиялық реакция орын алған жүйелерде: Жылусыйымдылықтың өзгеріс шамасы, түзілген өнімдердің жылусыйымдылықтарының қосындысынан бастапқы заттардың жылусыйымдылықтарының қосындысын шегергендегі айырымға тең.

Мына реакция үшін:
аА + вВ dD + eE
Жылусиымдылықтың өзгерісі
СР d(CP)D + e(CP)Ea(CP)A + b(CP)B

Заттардың жылусыйымдылығының температураға тәуелділігі тәжірибе жүзінде анықталған теңдеулермен сипатталады.

С а + bT + cT2 + dT3+∙∙∙
а a(CP)D + a(CP)Eөнім a(CP)A + a(CP)Bбастапқы зат
в в(CP)D+в(CP)Eөнім в(CP)A+в(CP)Вбастапқы зат
d d(CP)D + d(CP)Eөнім d(CP)A+d(CP)Bбастапқы зат
е е(CP)D+е(CP)Еөнім е(CP)A+е(CP)Bбастапқы зат
Мұндағы:
a,b,c,d - зат табиғатына қарайлас тұрақты тәуелді шамалар. Стехиометриялық коэффициенттер (Анықтама кітабында).

(CP)A, (CP)В, (CP)D, (CP)Е - әрекеттесуші заттар мен шыққан өнімдердің жылусиымдылықтары. (Анық. кітабында).Жылусыйымдылықты жалпы түрде жазатын болсақ:
СР іСР,өніміСР,бастапқы зат
Мұндағы:
СР - реакция жылусыйымдылығының өзгерісі;
СР,бастапқы зат - реакцияға қатысқан заттардың
жылусыйымдылықтарының алгебралық қосындысы;
СР,өнімреакция нәтижесінде түзілген өнімдердің
жылу сыйымдылықтарының алгебралық қосындысы;
істехиометриялық коэффицент

1-Кестедеn=1кездегі Q U + W =U + PΔV
Құбылыс
W(жұмыс)
Q
(жылу)
ΔU (ішкі энергия өзгерісі)
Газ күйінің тендеуі
V=const
изохорлы
0
ΔU
CV(T2-T1)

P=const
изобарлы
P(V2-V1)= R(T2-T1)
ΔH
CP(T2-T1)

T=const
изотермиялы

W
0
PV=const
P1V1=P2 V2
Q=const
ΔQ=0
адиабатты
W=- ΔU
W=-CV[T2-T1]
W=CV[T1-T2]

0
-CV(T2-T1)= CV(T1-T2)
PVγ=const P2V2
P1Vγ1 =P2Vγ2

PVγ=const;

1.5 Термохимиялық реакциялар
Термохимия химиялық реакциялардың жылу құбылысын қарастыратын болса химиялық өзгерістер кезінде әрекеттесуші заттар табиғаты өзгерумен қатар,
белгілі мөлшерде энергия, жылу түрінде бөлінеді не сіңіріледі. Осы жылу реакция жылуы деп немесе химиялық реакцияның жылу эффектісі деп те аталады.
Химиялық реакцияның жылу эффектісі деп - химиялық реакция немесе кез келген процесс жүйеде жұмыс істемей әрібастапқы зат пен соңғы заттың температурасы бірдей болып, тұрақты көлемде не қысымда өтсе және пайдалы жұмыс атқармаса бөлінетін немесе сіңірілетін жылу мөлшері.
Жүйеден бөлінетін жылу теріс, ал сіңірілетін жылу мөлшері оң таңбамен белгіленеді.
Жылу сіңіре жүретін химиялық өзгерістерді эндотермиялы, ал бөліне жүретіндерін экзотермиялы, ал осы жылу мөлшерін реакция теңдеуінің жанына келтіріп жазсақ, оны термохимиялық теңдеулер деп атайды.
Мысалы:
Н2(газ) + 0,5О2(газ) Н2ОсұйықН0 248,8кДж

Мұндағы:Н0 - реакциясының жылу әсері.
Түзілу жылуы дегеніміз - жай заттардан құралған жағдайда және тұрақты химиялық қосылыс түзілгенде бөлінетін немесе сіңірілетін жылу мөлшері.
Түзілу жылуы 250С (298К) температурада, 1атм. (1,0133∙105Па) қысымда түзілген қосылыстың 1моліне шаққан түзілу жылуды стандарттық түзілу жылуы деп аталады да Н0Aдеп белгіленеді (Мұндағы: -A-ағылшын тіліндегі Aormation-түзілу дегені, егер температура 298К болса онда Н0A,298 деп жазылады, яғни бұл стандартты түзілу жылуы).
Жану жылуы - бір моль заттың толық жанғанда бөлінетін жылу эффектісінің шамасы. Зат құрамына кіретін элементтер, жоғары тотығу дәрежесіне сәйкес тотықтар түзуі керек. Жану жылуы Нсдеп белгіленеді (Мұндағы:ғы - с ағылшын тіліндегі Combuction - жану дегені, егер температура 298К болса онда Н0ж,298 деп жазылады, яғни бұл стандартты жану жылуы).
Еру жылуы - тұрақты қысымда, бір моль затты таза еріткіштің белгілі мөлшерінде еріткенде байқалатын (бөлінетін не сіңірілетін) жылу әсері.
Бейтараптану жылуы - қышқылдың бір эквивалент шамасына сәйкес келетін сілті мөлшерімен әрекеттескенде байқалатын жылу.
Гесс заңы: Химиялық өзгерістердегі жылу эффектісінің шамасын есептеу
1840 жылы Г.И.Гесс ашқан заң соның атымен аталып, термохимияның негізгі заңы болып табылады.
Ол заң бойынша:
Егер бастапқы берілген заттардан әр түрлі жолдармен белгілі бір өнімдер алатын болса, онда осы өнімдердің алу жолдарына байланыссыз барлық жолдардың жылу эффектілері бірдей болады, яғни
Химиялық реакцияның жылу эффектісі бастапқы заттар мен реакция өнімдерінің түрлері мен күйіне байланыста болады да, ол реакцияның жүру жолына тәуелсіз.
Сатылап өтетін химиялық өзгерістер нәтижесінде бөлінетін не сіңіретін жылу мөлшері әрекеттесуші заттардың бастапқы және соңғы күйімен анықталып, аралық өзгерістер кезінде бөлінетін шамаларының қосындысы болып табылады.
Химиялық құбылыс нәтижесінде орын алатын күй өзгерістерінің шамасы - жүйенің бастапқы және соңғы күйімен ғана анықталады.
Мысалы: Ацетиленнен этан алу үшін төмендегі өзгерістер орынды.
С2Н2
С2Н6
С2Н4
Н1Н2

Н3
H3=H1+ H2

Гесс заңының салдарлары:
1- салдар: Лавуазье-Лаплас заңдылығы
Кез келген қосылыс ыдырағанда бөлінген жылу эффектісі осы қосылыстың түзілген кездегі теріс таңбалы жылу эффектісіне тең.
Ал, қосылыстың түзілу жылуы деп, жай заттардан осы қосылыстың бір молі түзілген реакциядағы жылу эффектісін айтады.
Сонымен:
Күрделі заттың ыдырау жылуы, сол заттың түзілу жылу эффектісіне абсолют шамасы жөнінен теңбе-тең, ал таңбасы жөнінен қарама-қарсы.
H0(ыдырау) = -H0A (түзілу)

Мысалы: Кальций оксидін алу кезіндегі реакция үшін металдық кальций мен оттектің түзілу жылуы мынаған тең:

Ал, бір моль кальций оксидін кальций мен оттегіне ыдырату үшін 636,4кДж тең жылу жұмсау керек.

Сонымен кальций оксидінің түзілу жылу эффектісімен айырылу жылу эффектісінің алгебралық қосындысы нольге тең екенін білдік.
II-салдар: Химиялық реакция нәтижесінде бөлінетін не сіңірілетін жылу эффектісінің шамасы реакция өнімдерінің түзілу жылуларының қосындысынан, бастапқы әрекеттесуші заттардың түзілу жылуларының қосындысын, шегергендегі айырымға тең.

rH0 = HAөнімH0A (бастапқы зат)
Мысалы: NH3 (газ)+ HCl(газ) NH4Cl(қатты)

III-салдар: Химиялық реакция нәтижесінде бөлінетін не сіңірілетін жылу эффектісінің шамасы бастапқы әрекеттесуші заттардың жану жылуларының қосындысынан, түзілген өнімдерінің жану жылуларының қосындысын шегергендегі айырымға тең.
C2H4+H2C2H6
rH0xp= [ H0C(C2H4) +H0C(H2) ] -H0C(C2H6)

IV-салдар: Бірдей әрекеттесуші заттар қосылуы нәтижесінде әр түрлі күйдегі заттар түзілсе, онда реакция жылу әсерлері шамасының айырымы сол заттың бір күйден екінші күйге ауысу жылуын береді.
Мысалы:Н2 + 0,5O2 H2O(бу) [0]A2(бу -241,83 кДж
Н2 + 0,5O2 H2O(сұйық) 0A2(сұйық -285,80 кДж

Демек: H2O(сұйық) H2O(бу) (өзгеріс -43,97 кДж

Жылу эффектілерінің температураға тәуелдiлiгi. Кирхгофф теңдеуi
Тұрақты қысымда өтетін аА+вВсС+dD реакциясы үшін, реакция жылуы әрекеттесуші заттардың энтальпия өзгерістерінің айырымымен анықталады, яғни:

Н[0]xp = [сН0(С)+ dН0(D)]-[aН0(A) +dН0(B)]
Мұндағы:
Н0xp -химиялық реакцияның жылу эффектісі (жылу әсері),
Н0- әрекеттесуші заттардың және түзілген өнімдердің жылу эффектілері
Химиялық реакция үшін табылған Н0xp-шамасының температураға тәуелділігін сипаттау үшін алынған теңдеуді температура бойынша дифферен-циалдаймыз:

d(Н0xp) - dt =[с(dH(С) dT)р - d(dH(D)dT)р] - [a(dH(A) dT)р+ b(dH(B)dT)р]

Егер, (dHdT) р= Cp екендігін ескерсек, онда:

d(Н0xp) dt = [с(Ср(С)+ dСр(D)]-[a Ср(A)+ bСр(B)]
Теңдеудің оң жағындағы өрнек реакция үшін нақты жылу сыйымдылық-тарының өзгерісі - Ср.
d(Н0xp)dt=Ср

Бұл теңдеу Кирхгоффтың дифференциалдық теңдеуі деп аталып, тұрақты қысымда жылу эффектісінің температуралық коэффициенті - d(2Н)dt - реакция өнімдерінің нақты жылусыйымдылықтарының қосындысынан, әрекеттесуші заттардың жылу сыйымдылықтарының қосындысын шегергендегі айырымға (2Ср) тең. Егер 2Ср0 болса, реакция эффектісі кішірейіп, ал 2Ср0 болса, эффектісі температура жоғарылағанда артатындығын білдіреді.
Кирхгофф теңдеуінен реакция эффектісін, яғни реакцияның жылу эффектісін анықтау үшін оны интегралдау қажет. Ол үшін айнымалыларды айырып, белгілі бір температура аралығында интеграл табамыз. Қажет жағдайда, жылусыйымдылықтың температура шамасына тәуелділігін ескеру керек. Демек,
=
Мұндағы:Ср - реакция нәтижесінде шыққан өнімдерінің жылусыйымдылық-тарынан әрекеттесуші заттардың жылусыйымдылықтарын шегергендегі айырым.
= ) dT
Енді одан интеграл алсақ төмендегідей теңдік аламыз:

НТ2 - НТ1 = а(Т2-Т1)+G2(Т[2]2-Т[2]1) + c3(Т[2]2-Т[2]1)
Егер, термодинамикалық қалыпты жағдайды ескерсек:

НТ2 - Н [0]298 = а(Т2-298)+G2(Т[2]2-298[2]) + c3(Т[3]2-298[3])

немесе жалпы жағдай үшін:

НТ2 = Н[0]298 + а(Т-298)+b2(Т[2]-298[2]) + c3(Т[3]-298[3])

Егер, Т1=0 болса, онда:

НТ2 = Нс+аТ + b2Т[2]-)c3Т[3]

Бұл теңдеу Кирхгоффтың интегралдық теңдеуі деп аталады.
Химиялық реакция кезінде, әрекеттесуші заттар мен түзілген өнімдердің жылусыйымдылық мәндері тұрақты болып келсе, онда:

Н0Т2 = Н0Т1 + bСр (Т2 - Т1)

Жоғарыда келтірілген өзгерістің бәрі тұрақты көлемде жүргізілсе, онда бұл теңдеуге төмендегі өрнек орынды:
d(U) dT = СV

Көп жағдайларда, реакция жылу эффектісін есептеуде орташа жылусыйымдылық мәндерін пайдаланады.
Мына реакция аА+вВ= сС+dD үшін:

СV = (аСА+bCB ) - (cСC+dCD )

Реакция жылу эффектісінің шамасын көмекші анықтама оқу құралында келтірілген
Н [0]Т -Н [0]298

және Н1[0]мәндері бойынша есептейді. Н[0]Т-Н[0]298 мәні статистикалық термодинамика тәсілі бойынша спектрлік және зат құрылысы негізінде есептелінеді. Ал қатты және сұйық күйіндегі заттар үшін төмендегі теңдік пайдаланылады:
Н [0]Т -Н [0]298 =
Бұл орайда, реакцияның жылу әсері:

НТ 0= Н0298 + [(Т02 - Т0298)]

Мұндағы:(Т02 - Т0298) - түзілген өнімдердің (Н0Т-Н0298) қосындыларынан әрекет-тесуші заттардың (Н0Т-Н0298) қосындыларын шегергендегі айырым.
Мысалы: 1000К-де аммиак түзілу реакциясының жылу эффектісін анықтау керек болсын. Ол үшін реакция теңдеуін жазамыз.

32 Н2+12 N2 NH3

Анықтама құралынан 1000К-дегі әр зат үшін (Н01000-Н0298) шамасын жазып аламыз:
зат
n
Н[0]-Н[0], Дж моль
Н2
1,5
20782
N2
0,5
21454
NH3
1
32288
Енді (Н[0]1000 -Н[0]298 ) айырымын анықтаймыз:

(Н[0]1000 -Н[0]298)=(Н[0]1000-Н[0]298)NH3 -[1,5(Н[0]1000-Н[0]298)H2+0,5(Н[0]1 000-Н[0]298)N2]= 32286 - (1,5 х 20702 + 0,5 х 21454) =- 9498 кДж

Келтірілген реакция үшін:

Н[0]298=(Н[0] (NH3) -[1,5(Н[0] (H2+0,5(Н[0] (N2) ] = 46190 КДжмоль

Теңдеуді пайдаланап мына шаманы аламыз:

Н01000 = - 46190 + (-9498)= - 55688 КДж.

Егер, температура аралығының төменгі мәнін ОК деп алынса онда теңдеуі төмендегі түрге енеді:
Н[0]Т =Н[0]0 -(Н[0]Т - Н[0]0 )

Мұндағы: Н[0]0, Н[0]Т-Н[0]0 - мәндері анықтама құралында келтірілген.

1.6 Термодинамиканың екінші заңы
Термодинамиканың бірінші заңына табиғат құбылыстарының бәрі түгелімен бағынады, бірақ кейбір процестер практикада алынбауы мүмкін. Термодинамика-ның бірінші заңы бойынша процесс өткенімен оның бағыты көрсетілмейді, сонымен қатар температура ұғымының мағынасы ашылмайды. Күнделікті байқалатын реалды процестер белгілі бір бағытта өтеді, оларға әсер ететін сыртқы жағдайлар өзгермесе, процесс өздігінен кері бағытта жүрмейді. Сондықтан процестің жүру бағытын алдын-ала болжап білудің техника және ғылым салалары үшін маңызы өте зор. Процестің жүру бағыты және оның өздігінен өтуі, не өтпеуі үлкен техникалық проблема. Әр түрлі жылу қозғалтқыштарына берілген жылу энергиясының қаншама бөлігі пайдалы жұмысқа айналады, демек мұндағы жылу машиналарының тиімділігі қандай деген сұраққа жауап беруі керек. Осы айтылған проблемаларды зерттейтін термодинамиканың екінші заңы
Термодинамиканың екінші заңына 1747ж. М.В.Ломоносов мынадай анықтама берді: Жылу өздігінен суық денеден ыстық денеге ауыспайды. Термодинамиканың екінші заңының әрі қарай дамуы Сади Карно, Клаузиус, Максвелл, Томсон, Больцман деген ғалымдардың есімдерімен байланысты [1].
Термодинамиканың екінші заңының дамуы техникада жылу қозғалтқыш-тарды зерттеумен байланысты. Француз инженері Сади Карно өзінің Оттың күші және осы күшті пайдаланатын машиналар туралы ойлардейтін еңбегінде мынадай үш мәселені қарастырады:
а) жылудың жұмысқа айналуы;
б)жылудың жұмысқа максимал мөлшерде айналу жағдайлары;
в) жылу машинасының п.ә.к. мен жұмыскер дене арасындағы байланыс.
Карно еңбектерінің алғашқы мақсаты - бу машиналарының пайдалы әсер коэффициентін көбейту, демек қайтсе де аз отыннан көп энергия алу жолдарын іздестіру болды. Карно мынадай ойша тәжірибе жүргізді, мысалы, екі машина берілді дейік, олардың біреуі - идеал, екіншісі - реал машина. Бұл машиналар бірдей жағдайда жұмыс істесін, яғни олардың пайдаланатын жылу көздері (қыздырғыштары және суытқыштары) бірдей дейік. Сонда қандай себептердің эффектісінен идеал машинаның өндіретін жұмысы реал машинаға қарағанда көп болады? Осы сұраққа жауап іздеуде Карно екі машинаны біріне-бірін тіркестіріп жұмыс істетсек идеал машина реал машинаның кемшіліктерін толтыруға тиіс деп есептейді. Егер бірінші машинаның тиімділігі екінші машинаға қарағанда екі есе артық болса, ол жарты энергиясын өзі өндіретін жұмысқа жұмсап, жартысын екінші машинаға беруі мүмкін. Олай болған жағдайда бұндай жүйе алғашында сырттан бір қозғау алғаннан кейін тоқтамай жұмыс істеу керек, демек бұл мәңгі қозғалтқышқа әкеледі. Мәңгі қозғалтқышты жасау мүмкін болмайтындықтан мынадай қорытындыға келеміз: екі машинаның бір-бірінен артықшылығы жоқ, жылу көздері мен суытқыштары ортақ машиналардың тиімділіктері бірдей [2].
Жылу машинасының п.ә.к. (пайдалы әсер коэффициентін) шексіз арттыра беруге болмайды. Ол заң бойынша жылуды түгелімен жұмысқа айналдыру мүмкін емес, жылудың бір бөлігі міндетті түрде қоршаған ортаға таралып кетеді. Сол кездегі теорияға сүйене отырып, Карно маңызды екі қорытындыға келеді. Бірінші қорытынды қазір Карно принципі деп аталады. Ол бойынша жылу өз еркімен тек жылы денеден суық денеге ауысады. Екінші қорытынды идеал жылу машиналарының п.ә.к. тек жылу көзі мен суытқыштың температураларының айырымына тәуелділігі туралы. Сол заманға сәйкес бұл даналық пікірлерді Карно қайтыс болғаннан кейін 15 жыл өткен соң, яғни 1850жылы Клаузиус математикалық түрде термодинамиканың екінші заңы ретінде жариялады. Екінші заңда компенсациялау дейтін ұғым қолданылады. Бұл ұғымның мағынасы мынадай. Жүйеге берілген жылудың эффектісінен пайдалы жұмыс беретін пайдалы процестермен бірге басқа да процестердің өтуі қажет. Бұл басқа процестер жылудың жұмысқа айналмаған пайдасыз бөлігінің суытқышқа ауысуы, яғни жылудың компенсациялануы болып табылады. Осыдан екінші заңның тағы бір анықтамасы шығады: теңесу болмаса жылу машиналары жылуды жұмысқа айналдырмайды. Анықтаманың тағы бір түрі: процестің нәтижесі тек жылудың жұмысқа айналуы болса, ол іске аспайды. Термодинамиканың екінші заңына Клаузиус тағы мынадай анықтама берді: жылу өздігінен, яғни ешқандай теңесусіз, суық денеден ыстық денеге ауыспайды. Сөйтіп, теңесу дегеніміз жұмыскер дененің немесе жүйе бөліктерінің термодинамикалық өзгеріске ұшырауы. Демек, жылу суық денеден ыстық денеге ауыспайды, ал ауысатын болса, онда міндетті түрде жүйеде қосымша өзгерістер болады. Бұл анықтама кейін Клаузиус постулаты деп аталады Ал, 1854жылы Кельвин кез-келген денедегі жылуды басқа қосымша әрекет етпестен, тек салқындату салдарынан ғана жұмысқа айналдыруға болмайды десе, Оствальд екінші тектегі мәңгілік двигательді жасау мүмкін емес деді [1,2].
В.Томсон анықтамасы бойынша жылудан жұмысты жұмыскер денені суыту арқылы ғана алуға болмайды. Яғни, жоғарыда айтылғандай суыту процесімен қатар компенсациялау процесінің өтуі де қажет. Термодинамиканың бірінші заңы бойынша энергия бір түрден екінші түрге айналады. Мәселен, жұмыс жылуға, ал жылу жұмысқа айналады және де бұл эквивалентті түрде болады. Бірақ практикада жылудың жұмысқа айналуымен қоса басқа да процестер өтеді. Оларды Клаузиус компенсациялау деп атады. Егер Мұндағы: компенсациялау болмаса табиғатта кездесетін жылу көздерін (мұхит, жер, атмосфера) суытып, алынған жылудың есебінен жұмыс істейтін машиналарды жасап шығаруға болар еді. Ал, жер, мұхит, атмосфера үнемі күн көзінен жылу алып тұрады, яғни бұл жылу мәңгі таусылмайды. Мұндағы: машиналарды екінші ретті Perpetuum Mobile деп атайды. Осыған байланысты Планк екінші заңға мынадай анықтама берді: тек қана жылу көзін суыту немесе ауыр жүкті жоғары көтеру нәтижесінде жұмыс істейтін машинаны жасап шығару мүмкін емес. Жоғарыда айтылғандай жылу машиналарында қыздырғыштан алынған жылу түгелдей жұмысқа айналмайды, оның бір бөлігі пайдалы процеспен қатар пайдасыз компенсациялау процесі түрінде суытқышқа жұмсалады. Реалды процестер өтетін жүйені ешқандай шығынсыз өзінің бастапқы күйіне қайтаруға болмайды. Яғни, табиғаттағы реалды процестер термодинамикалық қайтымсыз процесс болып саналады [3].
Осы айтылғандардан тағы да бір қорытынды шығады. Жылу түгелдей жұмысқа айналмайды, оның бір бөлігі сыртқы ортаға қайтымсыз түрде шашырап таралады, ал керісінше жұмыс түгелдей жылуға айналуы мүмкін. Бұл құбылыс жұмыс пен жылудың табиғатымен байланысты. Жылу микробөлшектердің тәртіпсіз қозғалысының нәтижесі болса, жұмыс тәртіпті, бағытты қозғалыстың нәтижесі [1].
Сонымен, термодинамиканың екінші бастамасы жылу машиналарының жұмыс істеу принциптерін байқаудан қалыптасты.

Жылу машинасының сызбасын (1,2-сурет) қарастырайық. Сонда темпера-турасы жоғары Т1 жылу көзінен бір циклде алынатын жылу мөлшері Q1 жұмыссыз денеге беріліп, W жұмыс өндіреді. Ал, жылу мөлшерінің бір бөлігі Q2 суытқышқа беріліп отырады: Q2=Q1-W. Сөйтіп, жылу двигателінде (W) өндірілген жұмыс: W=Q1-Q2. Практикалық тұрғыдан қарағанда өнідірлегн W жұмыс қыздырғыштан алынған Q1 жылу мөлшерінің қандай бөлігі екенінің үлкен маңызы бар.
Жылу машинасының термиялық п.ә.к. болу үшін Q2=0 шарты орындалуы керек, яғни берілген жылу мөлшерінің көп бөлігі жұмысқа айналса, машинаның соғұрлым тиімді болатыны анық. Жылу машинасы тек қыздырғыштан алынған жылу мөлшері Q1 арқылы жұмыс өндірер еді, ал бұл мүмкін емес.
Француз инженері С.Карно(1796-1832)1824жылыжылу машинасының жұмыс істеуі үшін міндетті түрде температурасы ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.